一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体复合纳米材料制备工艺技术领域，涉及一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，包括以下步骤：a.将氯化铁溶于乙二醇中，搅拌，形成氯化铁溶液；b.将二乙烯三胺加入所述氯化铁溶液中，搅拌，形成混合溶液；c.将步骤b中所述混合溶液加入到反应釜中，加热至一定温度，反应一定时间，形成前驱体；d.将步骤c得到的前驱体在惰性气体或真空环境下煅烧，即得产品。本发明专利技术制备工艺简单，对设备要求低，可控程度高。通过合理的工艺控制，实现多孔海胆状Fe3O4@C的制备，该海胆状Fe3O4@C大小均匀、分散良好、形貌新颖，所述球形结构含有通孔，有较好的多孔性，比表面积大，吸附性能好，具有较高的重金属离子吸附能力，在能源、环保行业具有广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体复合纳米材料制备工艺
，涉及一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法。技术背景四氧化三铁(Fe3O4)是一种重要的尖晶石型铁氧体，从20世纪40年代开始进行系统研究和生产以来，铁氧体材料得到了极其迅速的发展。它们已在磁流体、电子器件、信息储存、磁性分离、药物输传、磁共振成像以及蛋白质吸附等领域都有着广泛应用。然而，单纯的四氧化三铁，因其易变质，性质不稳定等确定，限制其应用。近年来，核壳结构的纳米复合材料由于其本身的可控的物理化学性质成为了当今纳米研究领域的研究热点，并且受到了科学家们越来越多的重视。通常情况下，利用性能非常稳定的碳来包覆比较容易氧化变质的Fe3O4制取复合材料，可以使材料的综合性能显著提高。目前，以碳包覆Fe3O4制备的纳米复合材料主要有：(1)利用葡萄糖作为碳源与Fe3O4混合碳化制备磁性核壳结构，但其缺点是多为球形颗粒堆积结构(2)以介孔二氧化硅为模板合成Fe3O4介孔碳复合材料。(3)以水热法合成包覆油酸的α-Fe3O4粒子为前驱体，再在氩气气氛下500℃煅烧1小时，得到Fe3O4/C纳米复合材料，其形状为纺锤形。(4)采用均匀沉淀方法制备活性炭/Fe3O4粒子和碳纳米管/Fe3O4粒子等复合材料。但是，这些碳包覆的Fe3O4纳米复合材料的共同特点是：比表面积低，孔隙率低，且材料表面没有经过进一步功能化来增加其官能团，因此使碳包覆的Fe3O4纳米复合材料的应用受到限制。然而，在一些特殊应用领域，如吸附、药物输传等，需要大的比表面积等特性，有序介孔碳是一种具有高比表面积、大的孔容、均一可调的孔径、介观结构可控的纳米材料，其在催化、吸附、光学器件和电化学领域有着广泛的应用。将介孔碳和Fe3O4复合而制备的磁性微球可用于废水处理、催化剂载体、生物分离等领域。尽管目前有人采用多种方法制备多孔磁性复合材料。如专利号为CN103585955A中，采用传统水热法制备C/Fe3O4纳米粒子，并利用小粒径Fe3O4作为造孔剂，通过低温碳化，酸性刻蚀形成表面带孔隙珊瑚状复合材料C/Fe3O4。CN103417974A中，采用还原铁粉为原料，用硝酸溶解磁场共沉淀，得到多孔花状Fe3O4纳米结构，再以聚乙烯醇为交联剂，对甲基苯磺酸为表面活性剂，使多孔花状Fe3O4与半乳糖作混合并经高温碳化，得到碳包覆的多孔状Fe3O4纳米结构。Huang等人，在“Rapidremovalofheavymetalcationsandanionsfromaqueoussolutionsbyanamino-functionalizedmagneticnano-adsorbent”，采用Fe2+andFe3+共沉淀合成Fe3O4，再包覆PAA，最后DETA氨化，得到Fe3O4复合结构。然而，现有方法复杂、耗时长、耗能大，吸附性、分离性不高，不好控制，且不适大量生产，在一定程度上限制了它的实际应用。且制备良好分散性、粒径均一多孔海胆状Fe3O4@C复合材料仍然是非常困难的。鉴于此，本专利技术试图通过简单、低成本方法制备一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料，且该材料具有较高的重金属离子吸附性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题是提供一种工艺简单、成本低、反应周期短、均匀的、多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法。一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，包括以下步骤：a.将氯化铁溶于乙二醇中，搅拌，形成氯化铁溶液；b.将二乙烯三胺加入所述氯化铁溶液中，搅拌，形成混合溶液；c.将步骤b中所述混合溶液加入到反应釜中，加热至一定温度，反应一定时间，形成前驱体；d.将步骤c得到的前驱体在惰性气体或真空环境下煅烧，即得产品。进一步地，所述步骤b的二乙烯三胺与氯化铁的摩尔比为(1-9)：1。进一步地，所述步骤a的氯化铁溶液浓度为1×10-5-8×10-5mol/mL。进一步地，所述步骤b的搅拌时间为10-50分钟。进一步地，所述的步骤c的一定温度为120-200℃，反应一定时间为4-12h。进一步地，所述步骤d的惰性气体为氮气或氩气。进一步地，所述步骤d中煅烧温度为300～800℃，煅烧的时间为90～300min。进一步地，所述步骤d中煅烧的升温速度为5～30℃/min。本专利技术还包括，一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料，其特征在于，使用上述制备方法制备的多孔海胆状Fe3O4@C。进一步地，所述多孔海胆状的Fe3O4@C复合材料为核壳结构，内核为Fe3O4，围绕内核包覆的为C；所述Fe3O4@C由球形结构和环绕球形结构的刺状结构构成,所述球形结构含有通孔，所述球形结构的直径为0.6μm-2.32μm，所述刺状结构的长度为1.07μm-1.63μm。本专利技术与现有技术相比，其突出效果是：本专利技术的多孔海胆状Fe3O4@C的制备方法，制备工艺简单，对设备要求低，可控程度高。通过合理的工艺控制，实现多孔海胆状Fe3O4@C的制备，该海胆状Fe3O4@C大小均匀、分散良好、形貌新颖，所述球形结构含有通孔，有较好的多孔性，比表面积大，吸附性能好，具有较高的重金属离子吸附能力，在能源、环保行业具有广泛的应用。附图说明图1是实例2所制备的多孔海胆状Fe3O4@C的扫描电子显微镜(SEM)照片。图2是实例2所制备的多孔海胆状Fe3O4@C的透射电子显微镜(TEM)照片。图3是实例2所制备的多孔海胆状Fe3O4@C的透射电子显微镜(TEM)照片。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术，本实施例中氯化铁采用六水氯化铁。实施例1一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，具体步骤如下：a.将0.8g六水氯化铁溶于50ml乙二醇中，搅拌40分钟，形成氯化铁溶液，氯化铁溶液的浓度为5.93×10-5mol/mL；b.将步骤a中氯化铁溶液中加入1g二乙烯三胺(DETA)，搅拌40min，形成混合溶液；所述的二乙烯三胺与六水氯化铁的摩尔比为3.02：1。c.将所述混合溶液加入到四氟乙烯反应釜中，并将反应釜放到恒温箱中，180℃下反应8小时后，即得到黑色沉淀物。d.将步骤c的黑色沉淀物处理，即取出，离心，清洗，干燥处理，得到多孔的海胆状Fe3O4@C前驱体。e.将步骤d得到的前驱体放在管式炉中，通入氮气作为保护气体，流速为200cm3/min，以20℃/min的升温速度由室温升至350℃，恒温120min，随后该系统被自然冷却到室温，即得到多孔的海胆状Fe3O4@C。实施例2一种Fe3O4@C多孔海胆状核壳结构的制备方法，具体步骤如下：a.将0.4g六水氯化铁溶于40ml乙二醇中，搅拌30分钟，形成氯化铁溶液，氯化铁溶液的浓度为3.70×10-5mol/mL；b.将步骤a中氯化铁溶液中加入0.5g二乙烯三胺(DETA)，搅拌30min，形成混合溶液；所述的二乙烯三胺与六水氯化铁的摩尔比为3.02：1。c.将所述混合溶液加入到四氟乙烯反应釜中，并将反应釜放到恒温箱中，160℃下反应6小时后，即得到黑色沉淀物。d.将步骤c的黑色沉淀物处理，即取出，离心，清洗，干燥处理，得到多孔的海胆状Fe3O4@C前驱体。e.将步骤d得到的前驱体放在管式炉中，通入氮气作为保护气体，流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.将氯化铁溶于乙二醇中，搅拌，形成氯化铁溶液；b.将二乙烯三胺加入所述氯化铁溶液中，搅拌，形成混合溶液；c.将步骤b中所述混合溶液加入到反应釜中，加热至一定温度，反应一定时间，形成前驱体；d.将步骤c得到的前驱体在惰性气体或真空环境下煅烧，即得产品。

【技术特征摘要】
1.一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a.将氯化铁溶于乙二醇中，搅拌，形成氯化铁溶液；b.将二乙烯三胺加入所述氯化铁溶液中，搅拌，形成混合溶液；c.将步骤b中所述混合溶液加入到反应釜中，加热至一定温度，反应一定时间，形成前驱体；d.将步骤c得到的前驱体在惰性气体或真空环境下煅烧，即得产品。2.如权利要求1所述的一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的二乙烯三胺与氯化铁的摩尔比为(1-9)：1。3.如权利要求1或2所述的一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的氯化铁溶液浓度为1×10-5-8×10-5mol/mL。4.如权利要求1或2所述的一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的搅拌时间为10-50分钟。5.如权利要求1或2所述的一种多孔海胆状Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤c的一定温度为120-200℃，反应一定时...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞阳阳，吴小平，岳金明，程琳，李小云，金立，王顺利，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33