一種高效的絡合物溼凝膠溶劑置換方法與流程

2023-06-12 19:07:56 1

本發明涉及絡合物溼凝膠製備技術領域，具體是一種高效的絡合物溼凝膠溶劑置換方法。

背景技術：

溶劑置換乾燥法是將液相法製備得到的產物中的溶劑水（包括水洗過濾處理後的水/有機溶劑）在乾燥前進行有機溶劑（包括液體co2或超臨界co2）置換處理，再採用適當的乾燥方法而獲得納米材料產品的一種操作方法。

在採用溼化學法製備納米粉體時，需要在乾燥前的過濾等預處理過程中，用水進行多次洗滌，將液相中殘留的各種雜質離子儘可能除掉，但在水洗後的乾燥過程中，不可避免會引起粉體顆粒間的團聚。因為對於凝膠的溶劑置換，往往是後續乾燥過程所要求的，所以用表面張力比水低的有機溶劑取代殘留在顆粒間的水，可以獲得分散性較好的納米粉體。用表面張力比水低的有機溶劑取代殘留在顆粒間的水的過程，即為有機溶劑置換法。

目前科學製備工藝中採用的有機溶劑置換方法為浸泡法和洗滌法兩種，具體如下：

1）浸泡法：將水凝膠切成柱狀，放入表面張力較小的有機溶劑中浸泡幾個小時，反覆更換有機溶劑，待凝膠中的水分被有機溶劑置換後，最終形成塊狀的有機溶劑凝膠。

這種浸泡有機溶劑置換法耗時較長，對有機溶劑的消耗較大，而且由於塊狀水凝膠體積較大、表面積較小，有機溶劑無法充分將水分置換出來，難以達到後續乾燥過程的要求。

2）洗滌法：將水凝膠用去離子水反覆洗滌多次後，再用醇反覆洗滌多遍。後續乾燥過程中經烘箱烘乾得到比較疏鬆的塊體。

這種洗滌有機溶劑置換法耗時較短，但對有機溶劑的耗費很大，而且更加難以去除水凝膠中的水分，無法達到後續乾燥過程的要求，導致微觀顆粒間的團聚現象嚴重。

以上兩種現今常用的有機溶劑置換方法均較為粗糙和簡陋，導致後續的乾燥工作結果差強人意，難以滿足當今材料製備的精密準確的要求。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術的不足，而提供一種高效的絡合物溼凝膠溶劑置換方法，該方法置換時間短，對有機溶劑的消耗量小，節約資源，置換效率高、效果好。

實現本發明目的的技術方案是：

一種高效的絡合物溼凝膠溶劑置換方法，採用加熱攪拌和冷卻置換相結合，具體包括如下步驟：

1）觀察溼凝膠的形成：將待置換的溼凝膠置於容器中，容器置於恆溫水浴環境下，磁力攪拌溼凝膠，當溼凝膠液面不再隨時間及加熱攪拌下降，即形成初步溼凝膠；

2）向步驟1）中的初步溼凝膠加入有機溶劑，繼續磁力攪拌30分鐘，形成新的溼凝膠；

3）將容器移出水浴環境，將步驟2）中新的溼凝膠上層殘餘的有機溶劑清除，重新加入有機溶劑；在室溫下，用攪拌棒沿著燒杯壁，保持豎直方向攪拌凝膠膠體，將燒杯壁上的可攪動的凝膠攪入有機溶劑中，此時燒杯中形成大量粉體，有機溶劑置換正在快速發生；

4）若攪拌棒或燒杯壁上有殘留凝膠且已變硬難以攪動，將燒杯放回水浴中稍加熱，待凝膠軟化可攪拌後，取出容器，常溫下繼續攪動，反覆1-2次；

5）待凝膠完全轉化為細小均勻的粉體後，取出容器，瀝乾有機溶劑，然後將容器中的粉末取出保存；

經過上述步驟，將絡合物溼凝膠成功置換，整個置換過程總耗時不大於1個小時。

所述的恆溫水浴的溫度為10~80℃。

所述的有機溶劑，表面張力不大於25mn/m。

所述的有機溶劑為無水乙醇、丙酮、甲醇、正丙醇、正丁醇、甲基已丁酮、環己烷和正庚烷中的至少一種。

所述步驟4）中，當有機溶劑設置的水浴環境溫度低於室溫時，室溫攪拌時殘留凝膠本已軟化，則無需將容器放回水浴鍋加熱。

所述的攪拌棒進入容器攪拌後，不可再離開有機溶劑環境，若長時間處於空氣中或有接觸到水，則必須用有機溶劑洗淨再使用。

有益效果：本發明採用加熱攪拌和冷卻置換相結合，大大地縮短了絡合物凝膠溶劑的置換時間，提升溶劑置換法效果，並減小置換溶劑的消耗以及其他能源資源的消耗，提供一種效率高、效果好且節約資源的絡合物溶劑置換方法。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的具體操作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步闡述，但不是對本發明的限定。

實施例1：

以鍶鈷鐵氧、檸檬酸絡合物凝膠為原材料，無水乙醇為置換溶劑，工藝過程中需要的主要儀器設備：集熱式磁力攪拌水浴鍋1個、磁力攪拌子1枚、100ml燒杯1個、玻璃攪拌棒1支。

具體操作流程及現象如下：

1）將總量為15ml的鍶鈷鐵氧、檸檬酸絡合物凝膠裝入100ml燒杯中，燒杯置於80℃的集熱式磁力攪拌水浴鍋內，磁力攪拌子放入燒杯中，磁力攪拌溼凝膠，當溼凝膠液面不再隨時間及加熱攪拌下降，即形成初步的溼凝膠；

2）向步驟1）中的溼凝膠加入低於20℃的無水乙醇至燒杯85ml處，繼續磁力攪拌30min，在此過程中可不斷加入無水乙醇，維持液面高於60ml；

3）將燒杯移出水浴鍋，將步驟2）中溼凝膠上層殘餘的無水乙醇清除，重新加入無水乙醇至燒杯85ml處，在室溫下，用玻璃棒保持豎直方向沿著燒杯壁攪拌凝膠膠體，將燒杯壁上的可攪動的凝膠攪入無水乙醇中；此時燒杯中形成大量粉體，酸性條件下為棕色粉體，ph>6時為明黃色粉體，無水乙醇溶劑置換正在快速發生；

4）若玻璃棒及燒杯壁上有殘留凝膠且已變硬難以攪動，則需放回80℃的水浴鍋中稍加熱，待凝膠軟化可攪拌後，取出燒杯，常溫下繼續攪動，反覆1-2次；

5）向燒杯中再次加入常溫的無水乙醇至85ml處，在80℃水浴鍋中用小磁子繼續攪拌30min；

6）取出燒杯，瀝乾無水乙醇，然後將燒杯中的粉末取出，保存於裝有無水乙醇的磨砂口廣口瓶中。

實施例2：

以鍶鈷鐵氧、檸檬酸絡合物凝膠為原材料，丙酮為置換溶劑，工藝過程中需要的主要儀器設備：集熱式磁力攪拌水浴鍋1個、磁力攪拌子1枚、100ml燒杯1個、玻璃攪拌棒1支。

具體操作流程及現象如下：

1）將總量為15ml的鍶鈷鐵氧、檸檬酸絡合物凝膠裝入100ml燒杯中，燒杯置於15℃的集熱式磁力攪拌水浴鍋內，磁力攪拌子放入燒杯中，磁力攪拌溼凝膠，當溼凝膠液面不再隨時間及加熱攪拌下降，即形成初步的溼凝膠；

2）向步驟1）中的溼凝膠加入低於20℃的丙酮至燒杯85ml處，繼續磁力攪拌30min；

3）將燒杯移出水浴鍋，將步驟2）中溼凝膠上層殘餘的丙酮清除，重新加入丙酮至燒杯85ml處，在室溫下，用玻璃棒保持豎直方向沿著燒杯壁攪拌凝膠膠體，將燒杯壁上的可攪動的凝膠攪入丙酮中；此時燒杯中形成大量明黃色粉體，丙酮溶劑置換正在快速發生；

4）丙酮置換水溫度較低，凝膠本已軟化，玻璃棒攪拌過程中燒杯無需放回水浴鍋；

5）向燒杯中再次加入低於20℃的丙酮至85ml處，在15℃水浴鍋中用小磁子繼續攪拌30min；

6）取出燒杯，瀝乾丙酮，然後將燒杯中的粉末取出，保存於裝有丙酮的磨砂口廣口瓶中。