[发明专利]一种酸性条件合成核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米微球的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米微球的制备方法。

背景技术

核壳结构磁性介孔二氧化硅是一种以磁性Fe₃O₄为内核，致密二氧化硅层为中间层，高比表面积、大的孔容、均一孔径介孔二氧化硅层为外壳的纳米材料，在吸附、催化、生物、药物控释等领域有着广泛的应用。其核心Fe₃O₄具有超顺磁性，使其能够在外加磁场作用下快速定向分离；外壳层介孔二氧化硅层具有高比表面积、大的孔容、均一孔径，从而满足实际应用需求。目前核壳结构磁性介孔二氧化硅材料的合成都采用碱性条件制备MCM-41型介孔层，其孔径较小、表面积低限制了其在大分子吸附、药物缓释等领域的进一步应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有碱性条件路径方法制备核壳结构磁性介孔二氧化硅孔径小及表面积较低的问题，而提供一种酸性条件合成核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米微球的方法。

本发明的一种酸性条件合成核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米微球的方法，是按照以下步骤进行的：

A、磁性Fe₃O₄纳米粒子的制备：一、称取1～2重量份的铁源，在磁力搅拌的条件下加入到40～60重量份还原剂中搅拌混合均匀，得混合溶液；二、将2～3重量份的沉淀剂以及0.8～1.0重量份聚乙二醇在搅拌条件下加入到步骤一得到的混合溶液中，混合均匀后，得混液；三、将步骤二混液转移到反应釜中，加热至200℃晶化8h，冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇清各洗6次，在温度为60℃烘箱中干燥12h，即得Fe₃O₄纳米粒子；

B、Fe₃O₄nSiO₂的制备：四、取步骤A制得的0.1重量份的Fe₃O₄纳米粒子，分散于混合液中，超声处理15min；五、将步骤四超声处理后的Fe₃O₄纳米粒子在外磁场作用下分离，收集固相物，依次用去离子水和无水乙醇各洗3次，然后加入80～100重量份无水乙醇、20重量份去离子水及1重量份浓氨水，室温下搅拌60min，得均匀混合液；六、向步骤五得到的均匀混合液中，以0.1滴/秒的速度滴加0.6重量份硅源，然后在转速为800～1000rpm的条件下，机械搅拌12h；在外磁场作用下分离，收集固相物，依次用去离子水和无水乙醇各清洗6次，在温度为60℃烘箱中干燥12h，得Fe₃O₄nSiO₂；其中，步骤四所述的混合液由30～40重量份无水乙醇与5～8重量份的浓度为0.2M盐酸溶液制得；

C、Fe₃O₄nSiO₂mSiO₂的制备：七、将步骤B所得Fe₃O₄nSiO₂分散于混合液中，超声处理15min；八、对步骤七超声处理后的溶液搅拌混匀，加入0.02重量份聚乙烯吡咯烷酮后，搅拌2h，得混合液；九、将1重量份的表面活性剂溶于10～15重量份的无水乙醇搅拌至澄清后，加入步骤八的混合液中，在室温下搅拌2h，得溶液；十、向步骤九的溶液中加入0.8重量份硅源，室温下搅拌2d后，烘干；十一、将步骤十烘干产物研碎转入反应釜中，加入15～20重量份的去离子水，置于100℃烘箱中晶化24h，磁性分离出固相物后，在温度为60℃烘箱中干燥12h；十二、将步骤十一所得干燥物转入管式炉中，在N₂气氛下，温度为550℃条件下煅烧5～6h，然后冷却至室温研碎后，即得Fe₃O₄nSiO₂mSiO₂；其中，步骤七中所述的混合液是由20～30重量份的无水乙醇与5重量份浓度为0.2M的盐酸溶液制成的。

本发明包含以下有益效果：

本发明采用酸性条件（pH在1～2范围内），溶剂挥发自组装方法，能够得到高比表面积、大孔径、大孔容的核壳结构磁性介孔二氧化硅纳米微球。所得材料较碱性路径合成的材料具有较大的孔径（5.61nm），高的比表面积（839m²/g）和大的孔容（0.9cm³/g），磁饱和度为8.52emu/g。