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磁性复合材料作为新型功能材料,在牛物、医药学、细胞学和环境工程等领域有着广阔的应用前景。这些材料通常是以微米或纳米大小的磁性材料为核,以各种有机或无机材料为壳组成的复合实体。而具有中空结构的磁性复合材料的研究较少。本文采用模板法、通过先将磁性材料负载在廉价模板上,再经水热合成原位生长ZSM-5分子筛,最后通过焙烧出去模板,制备了磁性ZSM-5中空纤维与中空微球。选用分子筛是因其具有规整的孔道结构、均匀的分子大小孔径、较大的比表面积、独特的表面性质及其在催化、吸附和分离等领域的广泛虑用。
首先通过化学沉积法在聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微滤膜表面沉积Fe3O4层、随后进行原位水热合成在Fe3O4层表而合成ZSM-5沸石层,得到ZSM-5/Fe3O4/PVDF复合纤维,最后高温焙烧除去模板后得到ZSM-5/Fe3O4中空纤维。通过调变Fe3O4反应次数改变其厚度,从而调节ZSM-5/Fe3O4中空纤维的磁性。ZSM-5沸石晶粒大小亦可通过控制水热处理时间来控制。
其后通过在廉价易得的油菜花粉(pollen)表面化学沉积Fe3O4粒子、随后又涂覆SiO2保护层,再采用二次晶种生长法得到ZSM-5/SiO2/Fe3O4/pollen复合微球,最后焙烧得到ZSM-5/SiO2/Fe3O4/中空微球。涂覆SiO2层有利于ZSM-5膜的合成,还是铁氧化物磁性组份的保护层。在180℃下晶化36h可以生成致密连续、厚度约为1μm的ZSM-5层,其饱和磁化强度为10.23emu/g。
最后通过化学镀在电厂粉煤灰中浮选的空心微珠表面镀镍,再经二次晶种牛长法合成ZSM-5膜,制备了磁性ZSM-5/Ni/微珠中空沸石微球。当化学镀镍时间从10min延长到60min时,镍层厚度从0.25μm分别增加到0.5和1.4μm。当反应温度为180℃时,当水热处理时间从12h分别延长到24和36h,ZSM-5沸石层厚度从6μm分别增加到8和10μm,当反应温度降为130℃水热处理时间为48h时,ZSM-5沸石层厚度为2μm左右。通过改变反应条件可使ZSM-5镍复合磁性粉煤灰空心微珠可以漂浮在水上。中空沸石微球的磁性和比表面积可以通过改变镍层厚度和沸石层厚度来调节。