一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的製備方法

2023-10-29 00:46:27

一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的製備方法，選用能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子的含結晶水鹽，含結晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結晶水鹽加入沉澱劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨後的原料取出，靜置0.5-24小時，靜置之後，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒得到多孔氧化物。本發明綠色環保、整個過程均在常壓室溫下，無需高溫高壓，生產成本明顯降低。
【專利說明】一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的製備方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種多孔材料的製備方法，簡單易行，綠色環保。
【背景技術】:
[0002]無機多孔材料是一類具有較大的比表面積、低密度、低熱導率、高孔隙率等特點的富含孔結構的材料。無機多孔材料對我們的日常生活產生了巨大的直接和間接的影響。無機多孔材料被廣泛用作工業催化劑以及催化劑載體、分離劑、吸附劑、保溫、絕熱、汙水和廢氣處理、過濾液體和氣體(甚至細菌)、輕質建築材料，大氣中的NOx化物和二氧化硫等汽車尾氣處理、宇宙飛船中消除二氧化碳及水，在農業上可用來改良土壤，還可以用作水泥、橡膠、塑料和造紙工業中的填料和色譜中的固定相等。除了上述間接影響外，無機多孔材料也直接的影響我們的日常生活。例如，沸石分子篩在洗滌劑配方中用作助洗劑。
[0003]天然無機多孔材料中以硅藻土和分子篩(沸石)最具代表性。人工多孔材料名目繁多，既有單一組成的，又有多組分的，用途也各不相同。具有規則孔道結構的無機多孔材料在工業擇形催化、主客體組裝、光電磁學等高新科技領域有著更優異的應用前景，引起了人們對這類材料相關研究的濃厚興趣和重視。無機多孔材料孔道的尺寸、形狀、以及體積大小的分布直接關係著該材料在特定應用中所具備的能力。近年來，由於有序無機多孔材料的卓越應用性能，創造具有均一大小孔道，均一形狀及體積的無機多孔材料的正在穩步增加。同時，隨著材料技術的發展，人們對無機多孔材料的功能應用提出了更多要求，開發無機多孔材料的新功能已成為科研工作者的重要任務，無機多孔材料的組裝和功能化為此提供了更多發展機會。
[0004]隨著工業生產的發展，碳酸鹽的用途越來越廣泛。採用碳酸鹽作為活化劑，活化稻殼，製備出具有介孔結構的高比表面積多孔炭。利用碳酸鹽作電解質的燃料電池，工作溫度在650°C左右，陰極、陽極電化學反應快，無需貴金屬催化劑；由於在較高溫度工作，可以對天然氣、煤炭氣化燃料進行內部重整，直接加以利用，不需要複雜昂貴的外重整設備；另外，燃料轉換效率高，餘熱利用效率也較高。仿生礦化合成製備得的碳酸鈣材料相比於普通化學法合成的碳酸鈣材料，往往具有很多特殊形貌和優良性能，大量的研究專注於通過分析生物材料的獨特性能以及研究有機基質和無機金屬離子之間的相互作用來解釋碳酸鈣的結晶和生長機理。碳酸鋇作為重要的鋇鹽之一同時作為一種重要的基本化工原料，在諸多領域中都有廣泛應用，涉及到的比如有玻璃、陶瓷、電子、光學、化工、水淨化及三廢處理等行業和部門；近年來，隨著各行各業的發展，碳酸鋇的應用領域也日益擴大，且在不同的使用領域中對碳酸鋇的晶體形貌尺寸等的要求也有所不同；為順應社會的發展需求，碳酸鋇工業也正朝著高質量、簡單工藝、低能耗的方向發展。
[0005]多孔材料的合成方法很多，有溶膠-凝膠法、水熱合成法、沉澱法、化學腐蝕法等合成方法，目前應用最多的是溶膠-凝膠法和水熱合成法。溶膠-凝膠法基本過程是採用不同類型的模板劑，以其形成的超分子結構為模板，通過溶膠-凝膠過程，在無機物與有機物之間的界面引導作用下，自組裝成孔徑分布窄且孔道結構規則有序的多孔材料。水熱法是指高溫高壓下在水(水溶液)或溶劑、蒸汽等流體中進行有關化學反應.通過在特製的密閉反應容器(高壓釜)裡，採用水溶液或其他溶劑作為反應介質，對容器加熱，使水或溶劑蒸發後自身創造一個高溫、高壓反應環境，使得通常難溶或不溶的物質溶解並重結晶。以上兩種方法實驗過程複雜，實驗條件要求高，生產成本很高。

【發明內容】
:
[0006]本發明的目的是克服上述不足而提供一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的製備方法。
[0007]本發明採取的技術方案為:
[0008]一種多孔碳酸鹽的製備方法，選用能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子的含結晶水鹽，含結晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結晶水鹽加入沉澱劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨後的原料取出，靜置0.5-24小時，靜置之後，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鹽。
[0009]所述的能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子包括Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、鑭系和錒系元素。
[0010]所述的含結晶水鹽優選水合硫酸鹽。所述的沉澱劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
[0011]所述的含結晶水鹽、沉澱劑的摩爾比例為1:0.5-20，優選1:2-10 ;含結晶水鹽與造孔劑質量比為1:0.5-100。
[0012]一種多孔氧化物的製備方法，選用能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子的含結晶水鹽，含結晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結晶水鹽加入沉澱劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨後的原料取出，靜置0.5-24小時，靜置之後，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒，焙燒溫度100-1500°C，時間0.2-24小時，得到多孔氧化物。
[0013]所述的能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子包括Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、鑭系和錒系元素。所述的含結晶水鹽優選水合硫酸鹽。所述的沉澱劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。所述的含結晶水鹽、沉澱劑的摩爾比例為1:0.5-20，優選1:2-10 ;含結晶水鹽與造孔劑質量比為1:
0.5-100。
[0014]本發明的有益效果為:
[0015](I)綠色環保。實驗過程實現了零排放，零汙染。操作過程對實驗操作人員身體無損害，而且實驗產品無毒無害。
[0016](2)簡單易行。實驗步驟包括:稱量，混合，研磨，靜置，抽濾，烘乾。這幾個實驗步驟是最基本的實驗技能，操作簡單。
[0017](3)實驗環境要求低。整個過程均在常壓室溫下，無需高溫高壓，生產成本明顯降低。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1為合成的碳酸鋅的透射電鏡照片，放大倍數為150，000倍，可以看出得到的碳酸鋅為均勻的多孔結構。[0019]圖2為合成的碳酸鋅與純鹼式碳酸鋅的XRD對比圖，可以看出通過該方法合成得到的為純碳酸鋅。
[0020]圖3為將合成的碳酸鋅焙燒之後得到的氧化鋅的透射電鏡照片，放大倍數為80，000倍，可以看出得到的氧化鋅也為均勻的多孔結構。
[0021]圖4為合成的碳酸錳的透射電鏡照片，放大倍數200，000倍，可以看出得到的碳酸錳為均勻的多孔結構。
[0022]圖5為合成的碳酸錳的XRD圖，可以看出通過該方法合成得到的為純碳酸錳。
[0023]圖6為將合成的碳酸錳焙燒之後得到的氧化錳的透射電鏡照片，放大倍數為100, 000倍，可以看出得到的氧化錳也為均勻的多孔結構。
[0024]圖7為合成的碳酸鋅錳複合物的XRD圖，可以看出通過該方法合成得到的為碳酸錳和碳酸鋅的混合物。
[0025]圖8為合成的碳酸鋅錳的透射電鏡照片，放大倍數120，000倍，可以看出得到的碳酸鋅錳也為均勻的多孔結構。
【具體實施方式】
[0026]下面結合優選的實施例進一步說明。 [0027]實施例1
[0028]按照摩爾比1:2稱取七水合硫酸鋅與沉澱劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸鋅質量2倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨40分鐘之後靜置足夠的時間(4小時)，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸鋅焙燒，溫度600°C，時間2小時，即可得到多孔氧化鋅。
[0029]實施例2
[0030]按照摩爾比1: 2稱取七水合硫酸錳與沉澱劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸錳質量5倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨40分鐘之後靜置足夠的時間(4小時)，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸錳焙燒，溫度600°C，時間2小時，即可得到多空氧化錳。
[0031]實施例3
[0032]首先按照摩爾比1: 2稱取七水合硫酸鋅與硫酸錳的混合物，然後再稱取硫酸鹽質量4倍的沉澱劑碳酸氫銨，加入適量造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨(40分鐘)之後靜置足夠的時間(4小時)，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鋅與碳酸錳的混合物。
[0033]實施例4
[0034]按照摩爾比1:4稱取七水合硫酸錳與沉澱劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸錳質量10倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨20分鐘之後靜置足夠的時間(6小時)，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鋅。
[0035]實施例5
[0036]按照摩爾比1:10稱取七水合硫酸鋅與沉澱劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸鋅質量7倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨60分鐘之後靜置足夠的時間(7小時)，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸鋅焙燒，溫度700°C，時間2小時，即可得到多孔氧化鋅。
【權利要求】
1.一種多孔碳酸鹽的製備方法，其特徵是，選用能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子的含結晶水鹽，含結晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結晶水鹽加入沉澱劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨後的原料取出，靜置0.5-24小時，靜置之後，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鹽。
2.根據權利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的製備方法，其特徵是，所述的能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子包括 Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、鑭系和錒系元素。
3.根據權利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的製備方法，其特徵是，所述的含結晶水鹽選水合硫酸鹽。
4.根據權利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的製備方法，其特徵是，所述的沉澱劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
5.根據權利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的製備方法，其特徵是，所述的含結晶水鹽、沉澱劑的摩爾比例為1:0.5-20，含結晶水鹽與造孔劑質量比為1:0.5-100。
6.一種多孔氧化物的製備方法，其特徵是，選用能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子的含結晶水鹽，含結晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結晶水鹽加入沉澱劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨後的原料取出，靜置0.5-24小時，靜置之後，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，乾燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒，焙燒溫度100-1500°C，時間0.2-24小時，得到多孔氧化物。
7.根據權利要 求6所述的一種多孔氧化物的製備方法，其特徵是，所述的能形成碳酸鹽沉澱的金屬離子包括 Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、鑭系和錒系元素。
8.根據權利要求6所述的一種多孔氧化物的製備方法，其特徵是，所述的含結晶水鹽選水合硫酸鹽。
9.根據權利要求6所述的一種多孔氧化物的製備方法，其特徵是，所述的沉澱劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
10.根據權利要求6所述的一種多孔氧化物的製備方法，其特徵是，所述的含結晶水鹽、沉澱劑的摩爾比例為1:0.5-20，含結晶水鹽與造孔劑質量比為1:0.5-100。
【文檔編號】C01G9/00GK103539121SQ201310474082
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月11日 優先權日:2013年10月11日
【發明者】馮金奎, 張瑞寒, 張帆 申請人:山東大學