一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开一种二氧化硅壳材相变材料微胶囊/金属颗粒复合材料，还公开其制备方法，通过相变微胶囊的制备、贵金属颗粒的制备、贵金属颗粒/相变微胶囊材料的制备进一步研究贵金属颗粒/相变微胶囊材料的催化应用，利用相变微胶囊芯材储存和释放的热能，调节载体周边的微环境温度，达到有效催化有机反应的目的。

Preparation and Application of a Noble Metal Particle/Silica Wall Material Phase Change Microencapsulated Composite

【技术实现步骤摘要】
一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法以及应用
本专利技术属于相变储能材料领域，具体涉及一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法以及应用。
技术介绍
能源是人类赖以生存和发展的基础，随着工业化的快速发展，能源日益短缺。节约能源提高能源利用效率是目前人类面临的重要课题。能源的供需关系往往在时间和空间上存在一定的不匹配性，因此很多时候无法做到能源的合理利用。相变材料作为一种潜热储存材料，热量的传输是通过材料的相转变实现的，即其储放热可以由人为干预。传统的相变材料存在一些缺陷，如体积会随着相变的发生有所改变，而微胶囊相变材料用微胶囊壁材将相变材料与外部环境隔绝，其相变过程仅发生在微胶囊内部，杜绝了相变材料发生相变时容易发生渗漏、流失、重复利用性差等问题。目前所采用的的壁材大多为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯等聚合物，以聚合物为壁材存在材料易破裂渗漏、易变形、难以对表面进行修饰等缺点。相对于聚合物外壳材料，无机材料具有强度高、稳定性好、可以对其材料表面进行改性等优点。二氧化硅在溶剂中具有较好的分散性，易于制备。分离，而且表面具有大量的硅羟基和巯基易于表面修饰，同时还表现出独特的光、电、磁、热、力学等性质，所以在多种领域具有巨大的发展潜力。与此同时，贵金属颗粒由于其不同于单个原子和块体材料的独特特性使其在光电、催化、超导领域得到广泛的应用与研究。在有机催化方面，贵纳米金属颗粒具有独特的性质，基于纳米金属颗粒尺寸小而比表面积大的特点，使金属颗粒表面键荷状态和电子状态与颗粒内部不同，这些优异特性使贵金属纳米粒子成科学研究中的热点与重点。贵金属颗粒催化剂具有反应条件温和、催化效率高、底物专一性强副产物少等优点。然而游离的金属颗粒本身结构易受外界影响，易出现团聚失活现象；并且会出现使用后分离困难，难以实现连续利用等缺点。因此将金属纳米粒子与其他功能材料结合，形成同时具有两者优异物理特性的复合材料，必将使其具有一定的优势与特性。中国专利CN109364928A专利技术公开了一种具有相变蓄热功能的负载型催化剂及其制备方法与应用，该催化剂由金属相变材料和陶瓷基体构成，可以有效的应用于有机废气的催化燃烧处理，并且可以有效的回收反应过程中的热量。中国专利CN103146350A专利技术公开了一种微包裹相变蓄能材料及其制备方法，该专利中微胶囊芯材为石蜡，微胶囊壁材为无定型二氧化钛，制备方法简单，具有自动温控功能，但壁材为无定型二氧化钛，其性质是惰性的，并不能使该微胶囊发挥物理化学功效。中国专利CN103992773A专利技术公开了一种具有光催化特性的双功能微胶囊相变储能材料及其制备方法，该壁材为结晶型二氧化钛，通过与其它元素掺杂，拓展了微胶囊的功能。中国专利CN105238361A专利技术公开了一种基于银/二氧化硅双层壁材的多功能微胶囊相变材料及其制备方法，该方法制备的微胶囊粒径范围为2～10μm，其壁材为金属银外层与无机材料二氧化硅内层构成的双层结构，该微胶囊相变材料获得导电性、抗菌性、潜热存储及温度调节多重功能。中国专利CN105950606A专利技术专利公开了一种温控箱相变材料微胶囊固定化酶及其制备方法，该相变材料微胶囊作为载体固定酶，有限的解决了酶适用温度范围窄的缺点。目前主要是将载体单纯的作为对金属颗粒起到承载和固定的作用的材料，或是利用载体提高金属颗粒催化剂的分散性、热稳定性与循环稳定性，并没有全面的开发基底材料可能的利用途径；而对于相变微胶囊的研究也只是局限于如何改进微胶囊相变材料的制备方法，有效提高其储能效率，很少涉及利用微胶囊壁材所具备的特定物理化学功效，来拓展其多功能化的研究。微胶囊壁材可以是许多不同种类的有机无机材料，对表面材料加以修饰可以将相变微胶囊应用到不同的领域。本专利技术利用二氧化硅为壁材的微胶囊相变材料作为催化剂的基底，通过物理作用力使贵金属颗粒吸附在相变微胶囊的表面，制备出了贵金属颗粒/相变微胶囊复合材料。一方面利用微胶囊储存和释放能量调节复合材料周边微环境，利用相变微胶囊放热，给金属颗粒提供热量，以达到提高催化剂活性与稳定性的目的；另一方面使贵金属颗粒与相变微胶囊相结合应用于有机催化反应，拓宽了相变微胶囊的多功能化研究。
技术实现思路
本专利技术旨在专利技术一种贵金属颗粒与相变微胶囊的复合材料：一方面，将贵金属颗粒与相变微胶囊复合，利用相变材料自身储存-放热性能，改善复合材料周边环境，提高金属颗粒的反应活性。另一方面，用金属颗粒对微胶囊进行修饰，有利于拓宽微胶囊在多种领域的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料，所述贵金属颗粒吸附在所述微胶囊复合材料表面，微胶囊的壁材为二氧化硅，芯材为石蜡、正十七烷、正二十烷或正二十二烷中的一种有机相变材料，贵金属颗粒为铂、钯、银、金、铑或钌中的一种。一种上述贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法，包括如下步骤：1)相变微胶囊的制备：将有机相变材料与硅源充分混合，加入含有乳化剂的甲酰胺溶液中充分乳化，反应温度为40℃～60℃，转速为300～500rpm/min；待乳化完全，缓慢滴入盐酸，反应3～5h后停止搅拌，继续陈化20～24h后分别用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥得到相变微胶囊粉末；2)贵金属颗粒的制备：称取保护剂，加入还原剂1，超声均匀分散，制得保护剂溶液；称取金属盐固体，加入还原剂2，超声均匀分散，制得金属盐溶液；将保护剂溶液在120～190℃加热20～30min后，迅速加入金属盐溶液，溶液颜色逐渐由棕黄色变为棕黑色，停止反应，自然冷却至室温；加入丙酮沉淀，离心清洗后分散在水中作为金属颗粒溶液备用；3)贵金属颗粒/相变微胶囊材料的制备称取步骤1)中得到的相变微胶囊，加入乙醇、去离子水，搅拌5～10min，加入步骤2)中制备的金属颗粒溶液，室温下搅拌30～60min，得到贵金属颗粒/相变微胶囊材料并用去离子水清洗室温下干燥。具体的，步骤1)中的乳化剂为十二烷基磺酸钠、Tween60或Span80中的一种，硅源为硅酸钠、硅酸钾、正硅酸四乙酯或甲基三甲氧基硅烷中的一种。具体的，步骤1)中有机相变材料、硅源、乳化剂甲酰胺、和盐酸的比例为(1～4)g:(1～4)g:(0.5～1.5)g:(50～100)ml:(20～80)ml，盐酸浓度为2mol/L。具体的，步骤1)中制备的二氧化硅包覆的相变微胶囊的平均粒径为2～7μm。具体的，步骤2)中的还原剂1或还原剂2为硼氢化钠、柠檬酸钠、乙二醇或二甲基乙酰胺中的一种，保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇或柠檬酸的一种，贵金属盐为四氯钯酸钠、次氯铂酸钾，硝酸银、氯金酸或三氯化钌的一种。具体的，步骤2)中保护剂：还原剂1：贵金属盐：还原剂2的比例为：(50～200)mg:(2～5)ml:(5～200)mg:(2～5)ml。具体的，步骤2)中制得的纳米金属颗粒的平均粒径为1.5～5nm。具体的，步骤3)中相变微胶囊：乙醇：去离子水：金属颗粒溶液的比例为(100～300)mg:(2～5)ml:(10～15)ml:(100～500)μl，所述的金属颗粒溶液的浓度为0.05～0.1mol/L。上述贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料，由相变微胶囊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料，其特征在于：所述贵金属颗粒吸附在所述微胶囊复合材料表面，微胶囊的壁材为二氧化硅，芯材为石蜡、正十七烷、正二十烷或正二十二烷中的一种有机相变材料，贵金属颗粒为铂、钯、银、金、铑或钌中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料，其特征在于：所述贵金属颗粒吸附在所述微胶囊复合材料表面，微胶囊的壁材为二氧化硅，芯材为石蜡、正十七烷、正二十烷或正二十二烷中的一种有机相变材料，贵金属颗粒为铂、钯、银、金、铑或钌中的一种。2.一种如权利要求1所述的贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)相变微胶囊的制备：将有机相变材料与硅源充分混合，加入含有乳化剂的甲酰胺溶液中充分乳化，反应温度为40℃～60℃，转速为300～500rpm/min；待乳化完全，缓慢滴入盐酸，反应3～5h后停止搅拌，继续陈化20～24h后分别用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥得到相变微胶囊粉末；2)贵金属颗粒的制备：称取保护剂，加入还原剂1，超声均匀分散，制得保护剂溶液；称取金属盐固体，加入还原剂2，超声均匀分散，制得金属盐溶液；将保护剂溶液在120～190℃加热20～30min后，迅速加入金属盐溶液，溶液颜色逐渐由棕黄色变为棕黑色，停止反应，自然冷却至室温；加入丙酮沉淀，离心清洗后分散在水中作为金属颗粒溶液备用；3)贵金属颗粒/相变微胶囊材料的制备称取步骤1)中得到的相变微胶囊，加入乙醇、去离子水，搅拌5～10min，加入步骤2)中制备的金属颗粒溶液，室温下搅拌30～60min，得到贵金属颗粒/相变微胶囊材料并用去离子水清洗室温下干燥。3.根据权利要求2所述的贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中的乳化剂为十二烷基磺酸钠、Tween60或Span80中的一种，硅源为硅酸钠、硅酸钾、正硅酸四乙酯或甲基三甲氧基硅烷中的一种。4.根据权利要求2所述的贵金属颗粒/二氧化硅壁材相变微...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，高超阳，白力诚，李金堆，
申请(专利权)人：武汉中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42