一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的制備方法，選用能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子的含結(jié)晶水鹽，含結(jié)晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結(jié)晶水鹽加入沉淀劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨后的原料取出，靜置0.5-24小時(shí)，靜置之后，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒得到多孔氧化物。本發(fā)明綠色環(huán)保、整個(gè)過程均在常壓室溫下，無需高溫高壓，生產(chǎn)成本明顯降低。
【專利說明】一種多孔碳酸鹽及多孔氧化物的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種多孔材料的制備方法，簡單易行，綠色環(huán)保。
【背景技術(shù)】:
[0002]無機(jī)多孔材料是一類具有較大的比表面積、低密度、低熱導(dǎo)率、高孔隙率等特點(diǎn)的富含孔結(jié)構(gòu)的材料。無機(jī)多孔材料對(duì)我們的日常生活產(chǎn)生了巨大的直接和間接的影響。無機(jī)多孔材料被廣泛用作工業(yè)催化劑以及催化劑載體、分離劑、吸附劑、保溫、絕熱、污水和廢氣處理、過濾液體和氣體(甚至細(xì)菌)、輕質(zhì)建筑材料，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(nóng)業(yè)上可用來改良土壤，還可以用作水泥、橡膠、塑料和造紙工業(yè)中的填料和色譜中的固定相等。除了上述間接影響外，無機(jī)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(jī)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(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的無機(jī)多孔材料在工業(yè)擇形催化、主客體組裝、光電磁學(xué)等高新科技領(lǐng)域有著更優(yōu)異的應(yīng)用前景，引起了人們對(duì)這類材料相關(guān)研究的濃厚興趣和重視。無機(jī)多孔材料孔道的尺寸、形狀、以及體積大小的分布直接關(guān)系著該材料在特定應(yīng)用中所具備的能力。近年來，由于有序無機(jī)多孔材料的卓越應(yīng)用性能，創(chuàng)造具有均一大小孔道，均一形狀及體積的無機(jī)多孔材料的正在穩(wěn)步增加。同時(shí)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)無機(jī)多孔材料的功能應(yīng)用提出了更多要求，開發(fā)無機(jī)多孔材料的新功能已成為科研工作者的重要任務(wù)，無機(jī)多孔材料的組裝和功能化為此提供了更多發(fā)展機(jī)會(huì)。
[0004]隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，碳酸鹽的用途越來越廣泛。采用碳酸鹽作為活化劑，活化稻殼，制備出具有介孔結(jié)構(gòu)的高比表面積多孔炭。利用碳酸鹽作電解質(zhì)的燃料電池，工作溫度在650°C左右，陰極、陽極電化學(xué)反應(yīng)快，無需貴金屬催化劑；由于在較高溫度工作，可以對(duì)天然氣、煤炭氣化燃料進(jìn)行內(nèi)部重整，直接加以利用，不需要復(fù)雜昂貴的外重整設(shè)備；另外，燃料轉(zhuǎn)換效率高，余熱利用效率也較高。仿生礦化合成制備得的碳酸鈣材料相比于普通化學(xué)法合成的碳酸鈣材料，往往具有很多特殊形貌和優(yōu)良性能，大量的研究專注于通過分析生物材料的獨(dú)特性能以及研究有機(jī)基質(zhì)和無機(jī)金屬離子之間的相互作用來解釋碳酸鈣的結(jié)晶和生長機(jī)理。碳酸鋇作為重要的鋇鹽之一同時(shí)作為一種重要的基本化工原料，在諸多領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，涉及到的比如有玻璃、陶瓷、電子、光學(xué)、化工、水凈化及三廢處理等行業(yè)和部門；近年來，隨著各行各業(yè)的發(fā)展，碳酸鋇的應(yīng)用領(lǐng)域也日益擴(kuò)大，且在不同的使用領(lǐng)域中對(duì)碳酸鋇的晶體形貌尺寸等的要求也有所不同；為順應(yīng)社會(huì)的發(fā)展需求，碳酸鋇工業(yè)也正朝著高質(zhì)量、簡單工藝、低能耗的方向發(fā)展。
[0005]多孔材料的合成方法很多，有溶膠-凝膠法、水熱合成法、沉淀法、化學(xué)腐蝕法等合成方法，目前應(yīng)用最多的是溶膠-凝膠法和水熱合成法。溶膠-凝膠法基本過程是采用不同類型的模板劑，以其形成的超分子結(jié)構(gòu)為模板，通過溶膠-凝膠過程，在無機(jī)物與有機(jī)物之間的界面引導(dǎo)作用下，自組裝成孔徑分布窄且孔道結(jié)構(gòu)規(guī)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(jìn)行有關(guān)化學(xué)反應(yīng).通過在特制的密閉反應(yīng)容器(高壓釜)里，采用水溶液或其他溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，對(duì)容器加熱，使水或溶劑蒸發(fā)后自身創(chuàng)造一個(gè)高溫、高壓反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并重結(jié)晶。以上兩種方法實(shí)驗(yàn)過程復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)條件要求高，生產(chǎn)成本很高。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0006]本發(fā)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制備方法。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種多孔碳酸鹽的制備方法，選用能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子的含結(jié)晶水鹽，含結(jié)晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結(jié)晶水鹽加入沉淀劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨后的原料取出，靜置0.5-24小時(shí)，靜置之后，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鹽。
[0009]所述的能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子包括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(jié)晶水鹽優(yōu)選水合硫酸鹽。所述的沉淀劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
[0011]所述的含結(jié)晶水鹽、沉淀劑的摩爾比例為1:0.5-20，優(yōu)選1:2-10 ;含結(jié)晶水鹽與造孔劑質(zhì)量比為1:0.5-100。
[0012]一種多孔氧化物的制備方法，選用能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子的含結(jié)晶水鹽，含結(jié)晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結(jié)晶水鹽加入沉淀劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨后的原料取出，靜置0.5-24小時(shí)，靜置之后，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒，焙燒溫度100-1500°C，時(shí)間0.2-24小時(shí)，得到多孔氧化物。
[0013]所述的能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子包括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(jié)晶水鹽優(yōu)選水合硫酸鹽。所述的沉淀劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。所述的含結(jié)晶水鹽、沉淀劑的摩爾比例為1:0.5-20，優(yōu)選1:2-10 ;含結(jié)晶水鹽與造孔劑質(zhì)量比為1:
0.5-100。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015](I)綠色環(huán)保。實(shí)驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)了零排放，零污染。操作過程對(duì)實(shí)驗(yàn)操作人員身體無損害，而且實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品無毒無害。
[0016](2)簡單易行。實(shí)驗(yàn)步驟包括:稱量，混合，研磨，靜置，抽濾，烘干。這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟是最基本的實(shí)驗(yàn)技能，操作簡單。
[0017](3)實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求低。整個(gè)過程均在常壓室溫下，無需高溫高壓，生產(chǎn)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(shù)為150，000倍，可以看出得到的碳酸鋅為均勻的多孔結(jié)構(gòu)。[0019]圖2為合成的碳酸鋅與純堿式碳酸鋅的XRD對(duì)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后得到的氧化鋅的透射電鏡照片，放大倍數(shù)為80，000倍，可以看出得到的氧化鋅也為均勻的多孔結(jié)構(gòu)。
[0021]圖4為合成的碳酸錳的透射電鏡照片，放大倍數(shù)200，000倍，可以看出得到的碳酸錳為均勻的多孔結(jié)構(gòu)。
[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后得到的氧化錳的透射電鏡照片，放大倍數(shù)為100, 000倍，可以看出得到的氧化錳也為均勻的多孔結(jié)構(gòu)。
[0024]圖7為合成的碳酸鋅錳復(fù)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(shù)120，000倍，可以看出得到的碳酸鋅錳也為均勻的多孔結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)一步說明。 [0027]實(shí)施例1
[0028]按照摩爾比1:2稱取七水合硫酸鋅與沉淀劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸鋅質(zhì)量2倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨40分鐘之后靜置足夠的時(shí)間(4小時(shí))，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸鋅焙燒，溫度600°C，時(shí)間2小時(shí)，即可得到多孔氧化鋅。
[0029]實(shí)施例2
[0030]按照摩爾比1: 2稱取七水合硫酸錳與沉淀劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸錳質(zhì)量5倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨40分鐘之后靜置足夠的時(shí)間(4小時(shí))，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸錳焙燒，溫度600°C，時(shí)間2小時(shí)，即可得到多空氧化錳。
[0031]實(shí)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，然后再稱取硫酸鹽質(zhì)量4倍的沉淀劑碳酸氫銨，加入適量造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨(40分鐘)之后靜置足夠的時(shí)間(4小時(shí))，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鋅與碳酸錳的混合物。
[0033]實(shí)施例4
[0034]按照摩爾比1:4稱取七水合硫酸錳與沉淀劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸錳質(zhì)量10倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨20分鐘之后靜置足夠的時(shí)間(6小時(shí))，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鋅。
[0035]實(shí)施例5
[0036]按照摩爾比1:10稱取七水合硫酸鋅與沉淀劑碳酸氫銨，加入七水合硫酸鋅質(zhì)量7倍的造孔劑PEG與之混合均勻，充分研磨60分鐘之后靜置足夠的時(shí)間(7小時(shí))，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鋅。將一定量的多孔碳酸鋅焙燒，溫度700°C，時(shí)間2小時(shí)，即可得到多孔氧化鋅。
【權(quán)利要求】
1.一種多孔碳酸鹽的制備方法，其特征是，選用能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子的含結(jié)晶水鹽，含結(jié)晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結(jié)晶水鹽加入沉淀劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨后的原料取出，靜置0.5-24小時(shí)，靜置之后，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的制備方法，其特征是，所述的能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子包括 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(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的制備方法，其特征是，所述的含結(jié)晶水鹽選水合硫酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的制備方法，其特征是，所述的沉淀劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔碳酸鹽的制備方法，其特征是，所述的含結(jié)晶水鹽、沉淀劑的摩爾比例為1:0.5-20，含結(jié)晶水鹽與造孔劑質(zhì)量比為1:0.5-100。
6.一種多孔氧化物的制備方法，其特征是，選用能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子的含結(jié)晶水鹽，含結(jié)晶水鹽為同種金屬離子的或不同金屬離子的，將結(jié)晶水鹽加入沉淀劑和造孔劑，將原料混勻，室溫研磨5-600分鐘，將研磨后的原料取出，靜置0.5-24小時(shí)，靜置之后，取出，抽濾，洗滌除去造孔劑，干燥，得到多孔碳酸鹽；將多孔碳酸鹽焙燒，焙燒溫度100-1500°C，時(shí)間0.2-24小時(shí)，得到多孔氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要 求6所述的一種多孔氧化物的制備方法，其特征是，所述的能形成碳酸鹽沉淀的金屬離子包括 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(jù)權(quán)利要求6所述的一種多孔氧化物的制備方法，其特征是，所述的含結(jié)晶水鹽選水合硫酸鹽。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多孔氧化物的制備方法，其特征是，所述的沉淀劑為碳酸氫銨或碳酸鈉。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多孔氧化物的制備方法，其特征是，所述的含結(jié)晶水鹽、沉淀劑的摩爾比例為1:0.5-20，含結(jié)晶水鹽與造孔劑質(zhì)量比為1:0.5-100。
【文檔編號(hào)】C01G9/00GK103539121SQ201310474082
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】馮金奎, 張瑞寒, 張帆 申請(qǐng)人:山東大學(xué)