海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵複合結構微球及製備方法

2023-10-10 15:04:54

專利名稱：海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵複合結構微球及製備方法
技術領域：
本發明涉及一種聚合物-無機納米複合材料及製備方法，具體涉及一種海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球及製備方法，屬於納米材料製備技術領域。
背景技術：
納米a -氧化鐵(a -Fe2O3)是納米新材料的一類非常重要的金屬氧化物，它的化學性質比較穩定、催化活性高、具有納米材料的所有基本特性，常常被用在塗料、催化劑、磁性材料、橡膠、造紙、陶瓷、玻璃、醫藥等領域中。此外a-Fe2O3還是一種半導體材料，它的禁帶寬度為2. lev，在可見光區有很強的吸收，使其在光催化、光致變色、氣敏傳感器中具有良好的應用價值。因此，研究納米級別的a-Fe2O3材料的性質和應用有著很重要的實際意義。聚苯乙烯(PS) / a -Fe2O3納米複合材料由於兼具高分子和無機a -Fe2O3材料的特性，使得 其在納米功能材料領域具有其獨特優勢而具有廣闊的應用前景。許多學者對納米a -Fe2O3的製備以及PS/ a -Fe2O3納米複合材料進行了研究。馬傑和張淑平等中國專利，CN101948140A,以Fe2+鹽為原料製備Fe203、Fe3O4納米材料的方法以三種亞鐵鹽的復配為鐵源，製備了梭形氧化鐵納米棒，但是得到的納米氧化鐵分散不均勻且易團聚。Gu 等Jianmin Gu, Siheng Li, Enbo Wang, et al. Single-crystalline a-Fe2O3With hierarchical structures:Controllable synthesis,formation mechanismand photocatalytic properties. Journal of Solid State Chemistry.，2009，182(5) : I265 1272通過調節雙鐵源K3[Fe (CN)6]和K4[Fe (CN)6] 3H20的總濃度和它們之間的摩爾比例成功地得到了微枝狀、雪花狀、納米捆狀三種不同形貌的a -Fe2O3分級結構並研究了其形成機理和光催化性能。Zhang 等YPZhang et al, Nanotechnologyl8 (2007) 435608以磺化的聚苯乙烯微球為模板，通過水熱條件下亞鐵離子和氯酸鉀(KClO3)的氧化還原反應成功地合成了內層為聚苯乙烯有機膜外層為刺蝟狀的納米Fe2O3的PS/ a -Fe2O3複合空心微球。在現有的關於PS/a -Fe2O3納米複合材料製備技術的報導中，並未涉及一種海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球及製備方法。該海膽狀複合結構微球的內核由水熱條件下的聚苯乙烯納米微球自組裝而成，內核表面負載了一維針狀納米a -Fe2O3晶體。

發明內容
本發明的目的在於提供一種海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球及製備方法。該海膽狀複合結構微球的內核由水熱條件下的聚苯乙烯納米微球自組裝而成，內核表面負載了一維針狀納米a-Fe2O3晶體。所述海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球的製備方法包括以下步驟I)製備聚苯乙烯納米微球乳液；2)取5 IOml上述聚苯乙烯納米微球乳液與6. 4 12. 8g/L的七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻，磁力攪拌，得前體溶液；
3)將前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應釜中，升溫至120 160°C，並在該溫度下保溫l(T24h，自然冷卻至室溫，得到鐵紅色產物，抽濾洗滌、乾燥即得海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球。在步驟I)中，所述製備聚苯乙烯納米微球乳液的具體步驟如下(I)將0. Ig引發劑溶於18ml水中，分散劑溶於33ml無水乙醇，再加入三頸瓶中，升溫至70°C，並在N2氣氛下保護和磁力攪拌，得到均勻分散液；(2)在持續氮氣保護及攪拌條件下，將0.4ml苯乙烯單體與40 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液用注射器注入三頸瓶中，並升溫至80V，反應3飛h後，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。
在步驟(I)中，所述分散劑為聚乙二醇600、聚乙二醇800等中的一種；所述分散劑的用量可為引發劑用量的109^15% ;所述引發劑可選自過硫酸鉀、過硫酸銨等中的一種。本發明方法所得產物的結構、形貌採用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)進行表徵。本發明所述海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的內核由聚苯乙烯納米微球在水熱法條件下自組裝形成，其內核表面所帶基團與亞鐵鹽水溶液中Fe2+有靜電吸附並且與Q-Fe2O3晶面有特殊作用，進而形成了呈海膽狀的PS/a-Fe203複合結構微球。本發明所述海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法只採用單一亞鐵鹽和水為溶劑進行水熱反應，無需其他有機溶劑，利於節省成本與環境保護。本發明製備的海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球具有較大比表面積，表面負載有一維針狀納米a -Fe2O3晶體，具有一維納米材料特有的優異性能，在光學晶體以及光催化領域可能會有潛在性應用。


圖I為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球的SM圖片。在圖I中，標尺為Ium;在圖I中可以看出，海膽狀複合結構微球的內核是由聚苯乙烯納米微球自組裝而成，表面突出的為一維針狀納米a -Fe2O3晶體。圖2為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球的TCM圖片。在圖2中，標尺為500nm ;從圖2中可以明顯看出，海膽狀複合結構微球是由聚苯乙烯納米微球堆積而成粗糙內核，表面負載一維針狀納米a -Fe2O3晶體。圖3為海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球的XRD圖。在圖3中，橫坐標衍射角2 0 (degree),縱坐標為強度Intensity (a. u);從圖3中可以看出，a -Fe2O3晶體的特徵峰均出現在衍射圖中，說明微球表面負載的為a -Fe2O3晶體。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明做進一步地說明實施例II.聚苯乙烯(PS)納米微球乳液的製備將0. Ig過硫酸鉀溶於18ml水，0. Olg聚乙二醇600溶於33ml無水乙醇，將兩種溶液依次加入三頸瓶中，升溫至70°C並通N2氣保護。磁力攪拌一段時間後用注射器注入0.4ml苯乙烯單體和40 u I 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液，繼續通N2,升溫至80°C並在此溫度下反應3h，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。2.海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備取5ml聚苯乙烯納米微球乳液，並稱取0. 064g七水合硫酸亞鐵溶於IOml水中，將聚苯乙烯納米微球乳液與七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻,磁力攪拌IOmin左右得到前體溶液。將此前體溶液轉移到50ml密閉的襯有聚四氟乙烯的反應釜中，升溫至120°C，並在該溫度下保溫12h，自然冷卻至室溫，抽濾洗滌、乾燥得到鐵紅色產物。實施例2 6聚苯乙烯納米微球乳液如實施例1，其區別在於改變聚苯乙烯納米微球乳液的量、七水合硫酸亞鐵的量、水熱反應溫度。表I
權利要求
1.海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法，其特徵在於包括以下步驟 1)製備聚苯乙烯納米微球乳液； 2)取5 IOml上述聚苯乙烯納米微球乳液與6.ri2. 8g/L的七水合硫酸亞鐵水溶液混合均勻，磁力攪拌，得前體溶液； 3)將前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應釜中，升溫至12(T16(TC，並在該溫度下保溫l(T24h，自然冷卻至室溫，得到鐵紅色產物，抽濾洗滌、乾燥即得海膽狀的聚苯乙烯與a -氧化鐵複合結構微球。
2.如權利要求I所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法，其特徵在於在步驟I)中，所述製備聚苯乙烯納米微球乳液的具體步驟如下 (1)將0.Ig引發劑溶於18ml水中，分散劑溶於33ml無水乙醇，再加入三頸瓶中，升溫至70°C，並在N2氣氛下保護和磁力攪拌，得到均勻分散液； (2)在持續氮氣保護及攪拌條件下，將0.4ml苯乙烯單體與40iil 二乙烯基苯(DVB)的混合溶液用注射器注入三頸瓶中，並升溫至80°C，反應:T6h後，得到乳白色聚苯乙烯納米微球乳液。
3.如權利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法，其特徵在於在步驟(I)中，所述分散劑為聚乙二醇600、聚乙二醇800中的一種。
4.如權利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法，其特徵在於在步驟(I)中，所述分散劑的用量為引發劑用量的109^15%。
5.如權利要求2所述的海膽狀的聚苯乙烯與a-氧化鐵複合結構微球的製備方法，其特徵在於在步驟(I)中，所述引發劑選自過硫酸鉀、過硫酸銨中的一種。
全文摘要
海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵複合結構微球及製備方法，涉及一種聚合物-無機納米複合材料及製備方法。製備聚苯乙烯納米微球乳液；將一定濃度的七水合硫酸亞鐵水溶液與適量聚苯乙烯納米微球乳液混合攪拌均勻得到前體溶液，將此前體溶液裝入密閉的襯有聚四氟乙烯的反應釜中，在120~160℃溫度下保溫10~24h，自然冷卻至室溫，抽濾洗滌。本發明製備的海膽狀的聚苯乙烯與α-氧化鐵複合結構微球具有較大比較面積，表面負載有一維針狀納米α-Fe2O3晶體，具有一維納米材料特有的優異性能，在光學晶體以及光催化領域可能會有潛在性應用。並且只採用單一亞鐵鹽和水為溶劑進行水熱反應，無需其他有機溶劑，利於節省成本與環境保護。
文檔編號B01J35/10GK102716703SQ20121023445
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月6日 優先權日2012年7月6日
發明者張龍, 戴李宗, 曾碧榕, 羅偉昂, 袁叢輝, 許一婷, 鍾麗娜, 陳珉 申請人:廈門大學