专利名称：一种磁性纳米复合纤维及其制备方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及无机非金属材料领域，特指一种磁性纳米复合纤维及其制备方法和在 酯交换反应中的用途。
背景技术：
固体催化剂由于其具有不挥发，不污染环境，不腐蚀设备，容易回收，可重复使用， 所催化的反应条件温和，产率和选择性高，后处理简便等传统均相催化剂所无法比拟的优 势，优而日益引起广泛的关注，但固体催化剂也存在比表面积小，难易于反应物充分接触的 缺点，进而影响了其催化效果。近些年，随着纳米科学研究的不断深入，纳米技术被越来越多的应用于催化剂领 域。纳米尺度的固体催化剂具有很大的比表面积，可以有效提高催化效果。CaO作为最为常见的固体碱性催化剂之一，被广泛的用于各个行业；此前对于纳 米CaO催化剂的研究多集中于纳米颗粒的制备，对于纳米纤维催化剂的研究还很少；本发 明提出的CaO/α -Fe纳米复合中空纤维材料综合了均相催化中高催化活性的优点，又 避免了非均相催化过程中扩散限制的特点，同时还具有比纳米颗粒更大的比表面积，且 α -Fe的良好磁性能将赋予催化剂独特的磁分离特性，简化了操作流程，降低了操作成 本，以及具有类似碳纳米管的可调控纳米中空管腔结构，大的长径比、表面能和表面结合能 等优良性能，作为一种新型催化剂可能会有很好的应用前景。目前纳米纤维的主要制备方法有水热法、碳纤维灌浆置换法、化学气相沉积法 (CVD法)、溶胶-凝胶法以及有机凝胶先驱体转化法等，有关CaO —铁纤维制备方面的技 术方案还未有报道。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种磁性纳米复合纤维，其特征在于所述磁性纳米 复合纤维的组分为CaO和α-Fe的混合物，具有中空结构，所述磁性纳米复合纤维的直径 0. 2 5 μ m，纤维长度5 μ m 2m。本发明的目的之二是提供一种所述磁性纳米复合纤维的制备方法。为了制备出直径小、长径比大、性能优良的CaO/α -Fe中空纳米纤维，在溶胶_凝 胶法的基础上，采用有机凝胶先驱体转化法，将金属的有机盐或无机盐溶于适当的溶剂中， 配置成均勻透明的溶液，达到近似分子水平的混合；为使前驱物在溶剂中发生水解_缩聚 反应，应控制水量，反应时间或加入适当的催化剂；经过充分搅拌后形成溶胶，经干燥等措 施，使溶胶粘度逐渐增大，在合适的粘度条件下，拉制成凝胶纤维素丝，再经干燥，热处理过 程，获得目标产物CaO/ α -Fe纳米复合中空纤维。所述CaO/α-Fe纳米复合中空纤维的制备方法，包括前驱体溶液的制备步骤、将 制备好的前驱体溶制备成凝胶纤维素丝的步骤、将凝胶纤维素丝焙烧的步骤，其特征在于 在将凝胶纤维素丝焙烧的步骤中将凝胶纤维素丝置于H2和N2的还原气氛下焙烧。
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上述的制备方法中，前驱体溶液的制备步骤为首先将硝酸铁作为铁源、钙的 硝酸盐作为钙源，以及柠檬酸(CA)溶于去离子水中，M(Fe3+) =M(Ca2+)=I 2:1，M (CA) =
权利要求
1.一种磁性纳米复合纤维，其特征在于所述磁性纳米复合纤维的组分为CaO和α-Fe 的混合物，具有中空结构，所述磁性纳米复合纤维的直径0. 2飞μ m,纤维长度5 μ m 2m。
2.如权利要求1所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，包括前驱体溶液的制备步 骤、将制备好的前驱体溶制备成凝胶纤维素丝的步骤、将凝胶纤维素丝焙烧的步骤，其特征 在于在将凝胶纤维素丝焙烧的步骤中将凝胶纤维素丝置于H2和N2的还原气氛下焙烧。
3.如权利要求2所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，其特征在 于所述前驱体溶液的制备步骤为首先将硝酸铁作为铁源、钙的硝酸盐作为 钙源，以及柠檬酸(CA)溶于去离子水中，M(Fe3+) =M(Ca2+) =Γ2:1, M (CA) =jM(Fe^)+2M(Ca^)x(1±2Q%)，搅拌至均勻，室温下磁力搅拌纩30小时。
4.如权利要求2所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，其特征在于所述将制备 好的前驱体溶制备成凝胶纤维素丝的步骤为将制备好的前驱体溶液于50°C 70°C的条件 下真空减压脱水，得到凝胶，经过挑丝、抽丝、甩丝或拉丝得到凝胶纤维素丝，随后将凝胶纤 维素丝进行烘干。
5.如权利要求2所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，其特征在于所述将凝胶 纤维素丝焙烧的步骤为将凝胶纤维素丝在90(Tii0(rc温度范围H2和N2的还原气氛下焙 烧，氢气和氮气的通气量之比为1 4，保温广6小时，最后自然冷却到室温，得到CaO/ α -Fe 纤维。
6.如权利要求3所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，其特征在于所述前驱体 溶液中的 Ca2+ 的浓度 0. Γ0. 3 mol/L, Fe3+ 的浓度 0. Γθ. 3mol/L。
7.如权利要求4所述的一种磁性纳米复合纤维的制备方法，其特征在于所述将凝胶 纤维素丝进行烘干指将凝胶纤维素丝置于6(T10(TC下进行烘干。
8.如权利要求1所述的磁性纳米复合纤维在用CaO作为催化剂的化学反应中的用途。
9.如权利要求8所述的磁性纳米复合纤维在催化酯交换反应中的用途。
全文摘要
一种磁性纳米复合纤维及其制备方法和用途，涉及无机非金属材料及其制备技术领域。本发明利用柠檬酸和钙、铁的金属盐为原料，经化学反应制备得到前驱体溶胶，随后减压脱水得到前驱体凝胶，再经过纺丝得到凝胶纤维素丝，随后将得到的凝胶纤维素丝在合适的温度以及还原气氛(氢气和氮气)保护下煅烧，得到目标产物CaO/α-Fe纳米复合纤维。所述纤维直径较均匀，大长径比、强磁性且具有特殊中空结构。该方法具有工艺简单、设备要求低、成本低、操作周期短等优点。同时，通过以上方法得到的磁性纳米复合纤维可作为固体碱性催化剂在酯交换反应中得到应用，并表现出了很高的催化活性和较长的催化寿命。由于α-Fe成份的存在，还为简化催化剂的分离回收提供了可能。
文档编号B01J37/18GK102000577SQ20101054030
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者周海宁, 林琳, 沈湘黔 申请人:江苏大学