[发明专利]一种层状双羟基复合金属氧化物微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阴离子型层状结构功能材料技术领域，特别是一种层状双羟基复合金属氧化物微球及其制备方法，通过共沉淀法在磺化聚苯乙烯表面原位生长双羟基复合金属氧化物。

背景技术

层状双羟基复合金属氧化物(又称类水滑石，简称LDHs)是一类阴离子型层状结构功能材料，由相互平行且带正电荷的层板组成，层间由平衡阴离子及水分子构成。其化学组成通式为：[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^n-_x/n)·mH₂O，其中M²⁺、M³⁺分别是位于层板上的二价、三价金属离子，A^n-代表层间阴离子。这类材料由于其独特的晶体结构和物化特性使其在离子交换、吸附、催化、高分子改性、光学材料、磁学材料、电学材料等许多领域展现出极为广阔的应用前景。

在过去的十年里，纳米材料科学不断朝着交叉领域的方向发展。研究已经转向有机无机高分子以及生物材料的复合。纳米复合材料包括掺杂复合颗粒和包裹型的核壳粒子。核壳复合材料因其组成、大小和结构的差别而具有不同的物理和化学特性，而受到科学家的关注。核壳复合材料，顾名思义，就是由中心的核以及包裹在外部的壳组成(Chem.Mater.2001，13，2210)。核壳部分可由多种材料组成，包括高分子、无机物和金属等，对于核与壳由两种不同纳米物质通过物理和化学作用连接的材料，都被称为核壳纳米复合材料(Adv.Mater.2001，13，529)。它们多为球形颗粒。包裹在颗粒外面的壳可改变并赋予复合颗粒光、电、磁、催化等新特性。

有关利用模板法制备具有不同形貌LDHs的研究手段，国内外有关研究工作最新进展主要有PS模板层层组装法或共沉淀法、有机溶剂剥离法、微乳液法等。其中，在文献Chem.Commun.2006，3125-3127中，Takayoshi Sasaki.等人研究了通过采用的层层组装法制备LDHs微球，即基于PSS与LDHs纳米片静电组装原理而得到LDHs中空微球；在文献Chem.Mater.2006，18，238-240中，Erwan Géraud.等人研究了以未磺化PS模板共沉淀法可以制备得到三维“蜂窝状”的LDHs网络结构。这些方法制备出来的LDHs与PSS或PS模板的结合力，肯定与共价键不同。有机溶剂剥离法则是需要大量有机溶剂，且剥离效率极低。

本工作采用原位合成的方法，在室温下以磺化PS微球为模板，制备了LDHs包覆PS的核壳结构PS/CoFe-LDHs。本方法工艺条件独特，操作简单，合成条件温和，适合于工业化生产。由于该磺化聚苯乙烯/水滑石核壳结构微球亲水性好，在吸附和分离水中有机染料或大分子蛋白质性能方面有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是一种层状双羟基复合金属氧化物微球及其制备方法，利用带负电荷聚苯乙烯(PSS)模板法原位制备PS/LDHs核壳结构微球的简易方法。即以具有较强刚性的纳米或亚微米级层状双羟基复合金属氧化物颗粒为构筑单元，以磺化聚苯乙烯微球为模板，利用共沉淀法在磺化聚苯乙烯表面原位生长类水滑石，首次实现微球形态的层状双羟基复合金属氧化物有机无机复合材料的直接制备。利用该简易方法，通过变化LDHs的合成条件和晶化温度，可以控制磺化聚苯乙烯微球表面LDHs层的厚度。

本发明提供的层状双羟基复合金属氧化物，其化学通式是：

[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+·(A^n-)_x/n·mH₂O

其中，M²⁺是Mg²⁺、Ni²⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、Co²⁺、Ca²⁺或Fe²⁺中的一种或两种；M³⁺是Al³⁺、Cr³⁺、Ga³⁺、In³⁺、Co³⁺、Fe³⁺或V³⁺中的任意一种或两种；