[发明专利]具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属先进纳米复合材料与纳米技术领域，具体涉及具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料及其制备方法。

背景技术

近年来，核壳复合微球因其能够同时利用其核层和壳层的优点而成为一种具有广泛应用前景的新型复合材料。据研究报道，有关采用磁性材料作为核层，聚合高分子或者碳作为壳层的复合微球，由于其综合了磁性材料所拥有的磁响应性以及聚合高分子易功能化的特性或者碳壳层的疏水性，在吸附、分离、催化等方面有广泛的应用前景，其中的具有空腔结构的磁性核壳微球材料可用于纳米反应器，药物缓释，以及大容量的吸附和分离等方面。

现有技术公开的有关磁性碳基材料的制备中，所述磁性碳基材料大多采用葡萄糖、蔗糖等糖类作为碳源(Shouhu Xuan,Lingyun Hao,Wanquan Jiang,Xinglong Gong,YuanHu and Zuyao Chen.Nanotechnology 2007,18,035602)，通过水热合成实现磁性碳基材料的合成，所得到的复合材料存在如下缺陷和不足：容易粘连，不均匀，分散性较差，包裹的壳层厚度难以控制，包裹的厚度较薄等等。采用树脂类作为碳源合成磁性碳基微球材料鲜有报道。有研究报道了有关空心碳球材料的制备（An-Hui Lu,*Tao Sun,Wen-Cui Li,Qiang Sun,Fei Han,Dong-Hai Liu,and Yue Guo.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,11765-11768;An-Hui Lu,*Wen-Cui Li,Guang-Ping Hao,Bernd Spliethoff，Hans-Josef Bongard,Bernd Bastian Schaack,and Ferdi Sch_th.Angew.Chem.Int.Ed.2010,49,1615-1618;Antonio B.Fuertes,*Patricia Valle-Vigo′n and Marta Sevilla.Chem.Commun.,2012,48,6124–6126;Rui Liu,Shannon M.Mahurin,Chen Li,Raymond R.Unocic,Juan C.Idrobo,Hongjun Gao,Stephen J.Pennycook,and Sheng Dai.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,6799-6802），但是其制备方法步骤繁琐，尤其是需付出牺牲使用的模板为代价，并且在吸附，分离，催化等应用中难以实现分离循环使用；因而，可以实现方便分离回收的磁性空心碳球的研制成为本领域研究人员的关注点，迄今为止，尚未见采用一步法直接合成具有空腔的核壳结构的磁性碳基微球材料的报道。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一类具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料及其制备方法。尤其涉及以磁性氧化物粒子为核，以溶胶-凝胶一步法简单快速的合成磁性聚合树脂高分子/碳基微球材料及其制备方法。

具体而言，本发明的具有核壳结构的磁性高分子/碳基微球材料，其特征在于，通过下述方法制备，以磁性纳米粒子为核，聚合树脂为碳源，利用溶胶-凝胶方法以及高温焙烧碳化过程，在其表面包覆一层聚合树脂类高分子层并将其碳化，得到一类核壳结构的磁性高分子及碳基微球材料；其包括步骤：

首先以磁性纳米粒子为核，采用溶胶－凝胶法，在醇水相中，碱性催化剂下，在磁性无机纳米粒子外面包裹一层聚合树脂高分子层，得到磁性高分子微球；再经过高温焙烧碳化聚合树脂高分子层，得到磁性碳基微球材料；在合成过程中加入高分子表面活性剂等造孔剂，经过焙烧碳化聚合树脂高分子层同时除掉表面活性剂分子，得到具有空腔的核壳结构（yolk-shell）的磁性碳基微球材料。

本发明中，所述的磁性纳米粒子尺寸在50nm~1μm之间；该微粒材料选自四氧化三铁(Fe₃O₄)、γ－三氧化二铁（γ-Fe₂O₃）、NiFe₂O₄、CuFe₂O₄、纳米铁颗粒（Fe）、纳米镍（Ni）或纳米钴（Co）中的一种；

本发明中，使用的碳源选自酚醛树脂或密胺树脂；在磁性纳米颗粒表面包裹聚合树脂高分子层时，使用的树脂类原料选自苯酚，间二苯酚，间三苯酚，三聚氰胺中的一种，以及与之发生聚合反应的甲醛或六次甲基四胺。