一种核壳结构磁性微球形氧化铝及其制备方法

摘要

本发明提供了一种核壳结构磁性微球形氧化铝MeFe₂O₄-SiO₂-Al₂O₃及其制备方法。本发明根据LDHs层板金属元素的定位效应，先将Me²⁺、Fe²⁺及Fe³⁺引入水滑石层板制备Me-Fe²⁺-Fe³⁺-LDHs层状前驱体，经高温焙烧后形成尖晶石型铁氧体MeFe₂O₄，再利用Na₂SiO₃·9H₂O或硅酸酯水解在MeFe₂O₄表面包覆一层SiO₂保护层，然后利用有机醇铝水解法在其表面多次包覆氧化铝层，最终得到磁性微球形氧化铝MeFe₂O₄-SiO₂-Al₂O₃。该方法省去了传统制备方法的成型工艺，并且通过改变SiO₂保护层的厚度及磁性物种MeFe₂O₄的加入量调节样品的磁学性能和孔结构，以满足磁稳定床工艺的使用要求。

主权项

1.一种核壳结构磁性微球形氧化铝的制备方法，具体制备步骤如下：A.尖晶石型铁氧体MeFe2O4的制备分别将Me2+、Fe2+和Fe3+的可溶性盐溶于脱O2的去离子水中配制成混合盐溶液，其中各种金属离子的摩尔浓度均为0.1～0.6M，Me2+与Fe2+摩尔数之和与Fe3+的摩尔比为2～4；其中Me2+是Mn2+、Zn2+、Cu2+、Ni2+、Mg2+或Co2+中的任意一种或多种；混合盐溶液中的阴离子是Cl-、NO3-或SO42-中的任意一种或多种；将NaOH和可溶性无机钠盐配制成混合碱性溶液，其中NaOH浓度为1.0～2.5M，可溶性无机钠盐浓度大于0且小于等于1.7M；可溶性无机钠盐是碳酸钠、硫酸钠或氯化钠；在N2保护的条件下，将混合碱性溶液缓慢滴加到混合盐溶液中，当体系中的pH值达到7～12时，停止滴加，在N2保护下于20～65℃水浴中搅拌晶化5～25小时，用去离子水洗涤滤出物，直至洗涤水的pH值为7，再用乙醇洗涤1～3遍，经30～60℃真空干燥15～24小时，得到Me2+-Fe2+-Fe3+-LDHs层状前驱体，于800～960℃下焙烧4～5小时，得到尖晶石型铁氧体MeFe2O4样品；B.MeFe2O4-SiO2颗粒的制备用高速研磨机将制得的尖晶石型铁氧体MeFe2O4研磨成1-10μm左右的颗粒；按MeFe2O4/Na2SiO3·9H2O质量比为0.11～0.42，将MeFe2O4超声分散于Na2SiO3·9H2O溶液中，再转移到带搅拌、加热装置的反应器中；在N2保护及搅拌条件下，保持物料温度为70～95℃，将稀盐酸缓慢加入上述反应器中，直至体系的pH值为5～7；在外加磁场作用下将产物分离并用去离子水充分洗涤，慢速升温干燥得到MeFe2O4-SiO2 颗粒；C.MeFe2O4-SiO2-Al2O3的制备按MeFe2O4的质量占最终磁性微球形氧化铝质量的20～50％的比例，将MeFe2O4-SiO2颗粒超声分散于去离子水中，再转移到装有适量有机醇铝的带搅拌、加热的反应器中，于80～90℃反应0.5～2小时后，逐滴加入浓HNO3直至体系pH值达到1～3；升温至95～100℃回流搅拌12～24小时，得到含有MeFe2O4-SiO2的溶胶；将其于60～80℃下干燥15～24小时，得到MeFe2O4-SiO2-Al2O3；其中有机醇铝是异丙醇铝、正丁醇铝或乙醇铝；反应器中有机醇铝的加入量按MeFe2O4-SiO2/Al2O3的质量比为0.67～4.00定量；去离子水的用量按有机醇铝与去离子水的摩尔比为1:10～120确定；将干燥后的MeFe2O4-SiO2-Al2O3置于马弗炉中，以5～15℃·min-1的速率升温至300～960℃并保温3-5小时，最后随炉冷却至室温，得到MeFe2O4-SiO2-Al2O3颗粒；D.重复步骤C 1～3次，MeFe2O4-SiO2-Al2O3颗粒逐渐趋于球形，最终得到磁性微球形氧化铝MeFe2O4-SiO2-Al2O3，该微球形氧化铝是以MeFe2O4为磁核，在核外包覆了一层SiO2，SiO2层外包覆了一层Al2O3，其中各组分的质量百分含量分别为：MeFe2O4 20～50％，SiO2 15～40％，Al2O3 20～60％。