[发明专利]负载CuO的超顺磁性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料及其合成技术，具体包括负载CuO的超顺磁性材料及其制备方法

背景技术

超顺磁性材料是指磁性粒子尺寸达到或小于某临界尺寸时，在外加磁场中显示出磁性但移除磁场后其磁性消失的一类纳米材料。目前，超顺磁性纳米材料已经在化工、机械、电子、印刷、医学等行业得到应用，如高密度磁记录材料、气敏传感器件、磁性免疫细胞分离、核磁共振成像以及药物控制释放等领域。由于纳米离子容易团聚，从而失去了只有纳米结构才具有的一些特殊的性质。采用加入表面活性剂如油酸可以防止团聚，但在体系中存在的表面活性剂限制了的其应用。此外，直接将其暴露在环境中很易被氧化或降解。

负载在载体表面的氧化铜(CuO)既是优异的多种氧化还原反应的催化剂，还是性能良好的脱硫剂。如堇青石蜂窝陶瓷载CuO可以选择催化还原NO，CuO/纳米载体催化苯酚羟基化反应，片状纳米CuO用于异丙苯氧化反应等等；又如蜂窝状堇青石基CuO/Al₂O₃催化剂用于烟气同时脱硫脱硝等。然而，这些催化剂或脱硫剂在使用过程中都面临使用过程中与新生成物种分离难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一类分散性良好的负载CuO的超顺磁性材料及其制备方法，该材料同时具备了超顺磁性、催化、脱硫等性能。一方面，解决了超顺磁性粒子在使用过程中稳定性与团聚问题，另一方面，很好的解决了催化剂/脱硫剂使用过程中面临的分离难题(只需使用外加磁场就很容易将该功能材料从反应器中分离出来)。同时，该负载CuO的超顺磁性材料还是性能良好的红外辐射材料和微波吸收材料。

本发明的负载CuO的超顺磁性材料由超顺磁性粒子、介孔材料层和负载在介孔材料层内外表面的CuO构成，超顺磁性粒子被介孔层包覆，CuO位于介孔材料层孔道内外表面；所述的超顺磁性粒子由具有超顺磁性的金属氧化物与磁性金属中的一种或以上组成；金属氧化物是铁氧体或类铁氧体，铁氧体化学组成为RFe2O4，类铁氧体组成为R^IIM^III₂O₄，R是Fe、Zn、Co、Ni、Ba、Cu、Mn中的一种或一种以上，M是Co、Ni、Cr、Sm、Dy、Nd、Pr、Gd中的一种或一种以上；

所述磁性金属包括Fe、Co或Ni或其与Cr、Sm、Dy、Nd、Pr、Gd的合金；

所述的介孔材料层是分子筛，或者是由内层无定型SiO₂与外层分子筛构成；所述的介孔材料层是分子筛时，分子筛直接包覆超顺磁性粒子；所述介孔材料层由内层无定型SiO₂与外层分子筛构成时，超顺磁性粒子先由无定型SiO₂包覆，然后SiO₂包覆的超顺磁性材料再被分子筛包覆，形成复合核壳结构。

所述分子筛是硅基分子筛。硅基分子筛包括MCM系列分子筛、SBA-n系列分子筛或MSU-X系列分子筛。

其中MCM系列分子筛可以是MCM-41、MCM-49、MCM-22、MCM-50、MCM-56或MCM-48；SBA-n系列分子筛可以是SBA-1、SBA-2、SBA-3、SBA-6、SBA-11、SBA-12、SBA-15或SBA-16。

所述CuO为粒径小于15nm，超顺磁性粒子粒径为5-25nm；

本发明的负载CuO的超顺磁性材料的制备方法包括以下步骤：

(1)共沉淀法制得超顺磁性粒子或其不溶性前驱物，洗涤；

(2)溶胶-凝胶法在超顺磁性粒子表面或其不溶性前驱物表面化学反应覆盖一层致密的SiO₂或/和分子筛，分离，洗涤，过滤，干燥；

(3)气氛中程序升温至823K，并在823K-1123K保温1-8小时，即得到粉末样品；

(4)将步骤(3)所得样品浸入可溶性铜盐溶液中，分离，洗涤，过滤，干燥；气氛中在573K-873K灼烧1-5小时，冷却，即得负载CuO的超顺磁性材料。

或者包括如下两个步骤：

(1)共沉淀法制得超顺磁性粒子或其不溶性前驱物，洗涤；

(2)通过溶胶-凝胶法在含Cu²⁺的溶液中，实现超顺磁性粒子表面或其不溶性前驱物表面化学反应覆盖一层分子筛，同时往分子筛内外表面负载氧化铜前驱物，分离，洗涤，过滤，干燥；气氛中程序升温至823K，并在823K-1123K保温1-8小时