【摘要】：近年來,具有獨特空心結構的空殼材料引起了人們廣泛的關注。由于空心球材料的相對密度低、比表面積高、封裝能力優(yōu)良、滲透性良好,在藥物載體、生物催化、疾病診斷、光電器件等領域有著廣泛的應用。將稀土元素特有的光、電、磁性能與空心結構結合在一起得到的微納米級稀土氧化物空心球,因此其應用更加廣泛。本論文利用甲酸催化水溶液中的三聚氰胺與甲醛反應,制備出表面光滑、粒徑分布均一、單分散性良好的三聚氰胺-甲醛(MF)微球。以不同粒徑的MF微球為模版,采用均相沉淀法,制備出不同粒徑的氧化釔(Y_2O_3)、氧化釓(Gd_2O_3)以及氧化鐿(Yb_2O_3)空心球,研究了模板粒徑和稀土硝酸鹽用量對MF/RE(OH)CO_3(RE=Y,Gd,Yb)復合微球形貌的影響。采用傅里葉紅外光譜(FT-IR)、熱失重(TG)分析、X射線衍射分析(XRD)、激光粒度(LPA)分析、X射線光電子光電子能譜(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等對產(chǎn)物微球進行表征。主要研究內(nèi)容和結果如下:1.研究了甲酸用量對MF微球形貌及粒徑分布的影響。甲酸用量在0.01-0.3 mL范圍內(nèi)時,MF微球的粒徑隨甲酸用量的增加而減小,其粒徑多分散系數(shù)呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,MF微球的粒徑呈正態(tài)分布。甲酸用量為0.4 mL時制備出的MF微球粒徑不均一。甲酸用量為0.5 mL時,未得到MF微球。當甲酸用量為0.03 mL時,MF微球的粒徑為2μm,多分散系數(shù)最小為0.129,單分散性最好。研究了甲酸用量與體系反應速率的關系。在0.01-0.06 mL范圍內(nèi),隨甲酸用量增加,體系的反應時間迅速縮短,反應速率加快。當甲酸用量大于0.06 mL時,隨甲酸用量增加,體系的反應時間減少的趨勢變緩,反應速率趨于恒定。2.以粒徑2μm的MF微球為模板,尿素為沉淀劑,六水硝酸釔為原料,制備出粒徑為2.2μm,核殼結構MF/Y(OH)CO_3復合微球。煅燒除去模板,得到粒徑為1.6μm、球形度良好的Y_2O_3空心球。XRD結果表明制備出的Y_2O_3空心球為立方相。研究了六水合硝酸釔用量對復合微球形貌的影響,確定了最佳包覆工藝。模板用量為0.2 g,六水合硝酸釔用量為0.8 mmol時,可得最佳包覆效果的核殼結構MF/Y(OH)CO_3復合微球。改變六水合硝酸釔為0.6 mmol、0.8 mmol、1.0 mmol,制備出包覆層厚度不同的MF/Y(OH)CO_3復合微球,煅燒除去模板,得到粒徑為1.6μm,殼層厚度分別為100 nm、150 nm、200 nm的Y_2O_3空心球。3.以粒徑3μm的MF微球為模板,尿素為沉淀劑,六水硝酸釓為原料,利用均相沉淀法制備出粒徑為3.4μm,核殼結構MF/Gd(OH)CO_3復合微球。煅燒除去模板,得到粒徑為2.4μm,球形度良好的Gd_2O_3空心球。XRD結果表明制備出的Gd_2O_3空心球為立方相。研究了六水合硝酸釓用量對復合微球形貌的影響,確定了最佳包覆工藝。模板用量為0.2 g,六水合硝酸釓用量為0.7 mmol時,可得最佳包覆效果的核殼結構MF/Gd(OH)CO_3復合微球。以0.2 g粒徑3μm的MF微球做模板,改變六水合硝酸釓用量為0.7 mmol、1.0 mmol,得到粒徑為2.4μm,殼層厚度分別為100nm、200 nm的Gd_2O_3空心球。分別以粒徑為2μm、3μm、4μm的MF微球做模板,固定六水合硝酸釓用量為1.0 mmol,模板用量0.2 g,制備出粒徑為2.4μm、3.6μm、4.8μm的MF/Gd(OH)CO_3復合微球,隨模板粒徑的增大,復合微球的形貌變差。4.以粒徑1.7μm的MF微球為模板,尿素為沉淀劑,五水硝酸鐿為原料,利用均相沉淀法制備出核殼結構、粒徑為1.9μm的MF/Yb(OH)CO_3復合微球。煅燒除去模板,得到粒徑為1.5μm、球形度良好的Yb_2O_3空心球。XRD結果表明制備出的Yb_2O_3空心球為立方相,SEM、TEM結果表明空心球球形形貌良好。研究了五水合硝酸鐿用量對復合微球形貌的影響,確定了最佳包覆工藝。MF模板用量為0.2 g,當模板粒徑分別為1μm、1.3μm、1.7μm、2μm,五水合硝酸鐿用量分別為0.4 mmol、0.5 mmol、0.7 mmol、0.75 mmol時,可得最佳包覆效果的核殼結構MF/Yb(OH)CO_3復合微球。經(jīng)煅燒后,分別得到粒徑為1μm、1.1μm、1.5μm、1.8μm的Yb_2O_3空心球。研究了模板粒徑對復合微球形貌的影響。五水合硝酸鐿的用量為0.8 mmol,模板用量0.1 g,分別以粒徑為1μm、1.3μm、1.7μm、2μm的MF微球做模板,制備出不同形貌的MF/Yb(OH)CO_3復合微球。結果表明:模板粒徑小于1.5μm時,包覆效果很差,模板粒徑大于1.5μm時,包覆效果優(yōu)良。
[Abstract]:In recent years, hollow shell materials with unique hollow structure have attracted wide attention. Because of their low relative density, high specific surface area, excellent packaging ability and good permeability, hollow spheres have been widely used in drug carriers, biocatalysis, disease diagnosis, optoelectronic devices and other fields. In this paper, melamine-formaldehyde (MF) microspheres with smooth surface, uniform particle size distribution and good monodispersity were prepared by the reaction of melamine with formaldehyde in aqueous solution catalyzed by formic acid. Yttrium oxide (Y_2O_3), gadolinium oxide (Gd_2O_3) and ytterbium oxide (Yb_2O_3) hollow spheres with different particle sizes were prepared by homogeneous precipitation method. The effects of template size and the amount of rare earth nitrate on the morphology of MF/RE (OH) CO_3 (RE=Y, Gd, Yb) composite microspheres were studied. Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), thermogravimetric analysis (TG), X-ray diffraction (XRD). The main research contents and results are as follows: 1. The effects of formic acid dosage on the morphology and particle size distribution of MF microspheres were studied. The particle size of MF microspheres varied with the dosage of formic acid in the range of 0.01-0.3 mL. The MF microspheres prepared with 0.4 mL formic acid had a non-uniform particle size. When 0.5 mL formic acid was used, no MF microspheres were obtained. When 0.03 mL formic acid was used, the diameter of MF microspheres was 2 micron and the polydispersity coefficient was the smallest. In the range of 0.01-0.06 mL, with the increase of the amount of formic acid, the reaction time of the system was shortened rapidly and the reaction rate was accelerated. 2. Using MF microspheres with particle size of 2 micron as template, urea as precipitator and yttrium nitrate hexahydrate as raw material, the composite microspheres with particle size of 2.2 micron and core-shell structure of MF/Y(OH)CO_3 were prepared. The Y_2O_3 hollow spheres with particle size of 1.6 micron and good sphericity were obtained by calcining and removing the template. The optimum coating process was determined when the amount of yttrium nitrate was 0.2 g and yttrium nitrate hexahydrate was 0.8 mmol. The core-shell structure MF/Y(OH)CO_3 composite microspheres with the best coating effect were prepared by changing the amount of yttrium nitrate hexahydrate to 0.6 mmol, 0.8 mmol and 1.0 mmol. Y_2O_3 hollow spheres with diameter of 1.6 micron, shell thickness of 100 nm, 150 nm and 200 nm were obtained by calcining the template. 3. Using MF microspheres with diameter of 3 micron as template, urea as precipitator and gadolinium nitrate hexahydrate as raw material, the composite microspheres with diameter of 3.4 micron and core-shell structure of MF/Gd(OH)CO_3 were prepared by homogeneous precipitation method. The results of XRD show that the prepared Gd_2O_3 hollow spheres are cubic phase. The effect of the amount of gadolinium nitrate hexahydrate on the morphology of the composite microspheres was studied, and the optimum coating process was determined. MF/Gd(OH)CO_3 composite microspheres were constructed.The hollow Gd_2O_3 spheres with a diameter of 2.4 micron, a shell thickness of 100 nm and a thickness of 200 nm were obtained by changing the dosage of gadolinium nitrate hexahydrate to 0.7 mmol and 1.0 mmol with a diameter of 0.2 g and a diameter of 3 micron and a diameter of 3 micron as templates. MF/Gd(OH)CO_3 composite microspheres with particle size of 2.4 micron, 3.6 micron and 4.8 micron were prepared by 0.2 g. The morphology of the composite microspheres became worse with the increase of template size. 4. The core-shell structure of MF/Yb(OH)CO_3 composite microspheres with particle size of 1.7 micron was prepared by homogeneous precipitation method using urea as precipitator and ytterbium nitrate pentahydrate as raw material. Yb_2O_3 hollow spheres with a diameter of 1.5 micron and good sphericity were obtained by calcination. XRD results showed that the prepared Yb_2O_3 hollow spheres were cubic phase, SEM and TEM results showed that the spherical morphology of the hollow spheres was good. Yb_2O_3 hollow spheres with core-shell structure MF/Yb(OH)CO_3 were prepared by calcining the core-shell structure MF/Yb(OH)CO_3 composite microspheres with particle sizes of 1,1.1,1.5,1.8,0.4 mmol,0.5 mmol,0.7 mmol and 0.75 mmol, respectively. MF/Yb(OH)CO_3 composite microspheres with different morphologies were prepared by using Ytterbium nitrate pentahydrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template, Ytterbium nitrate as template.
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ133.3

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本文編號：2181799