一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料。本發(fā)明的技術方案要點為：在含有表面活性劑的有機溶劑中溶解可溶性鈣鹽，使之與表面活性劑之間通過攪拌充分作用，然后加入過量的尿素，在一定的溫度和壓力條件下，通過尿素的分解產(chǎn)生碳酸根離子，與溶液中的鈣離子反應得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料。本發(fā)明的碳酸鈣微納米材料由小的納米顆粒組裝而形成，這使得碳酸鈣空殼的表面具有一定大小的孔結構，這種孔結構可以增大材料的比表面積，有利于空殼內(nèi)外的物質擴散，在重金屬去除和藥物負載等領域具有很好的應用前景。
【專利說明】一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料【技術領域】，具體涉及一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料。
【背景技術】
[0002]多孔材料因其獨特的孔結構而具有較大的比表面積，進而表現(xiàn)出一些獨特的性能，在能源、環(huán)保、化學工業(yè)等諸多領域已經(jīng)有了初步的應用，并有待進一步深入開發(fā)；空心球材料自發(fā)現(xiàn)以來，以其獨特的結構和性能引起人們越來越多的關注，不僅已成為當前研究開發(fā)的熱點，而且其實際應用也取得了顯著的進展。相比于實心球結構，空殼結構的物質具有較大的內(nèi)部空間，這種結構使它可作為藥物、染料、催化劑等的載體，在儲氫、儲能等方面也極具潛力。空心球材料獨有的隔熱保溫、防火耐水、防輻射和耐腐蝕特性，可以在節(jié)約能源方面發(fā)揮重要的作用，這對于緩解世界范圍內(nèi)的能源緊張具有重大意義。另外由于與塊體材料相比，空殼結構物質具有比表面積大、密度小等優(yōu)點，其應用范疇更是不斷擴大。
[0003]正是由于空殼材料廣闊的應用前景和其潛在的經(jīng)濟效益，對它們的研究、開發(fā)和應用必將成為材料領域的持續(xù)熱點，并且研究的重點將在于開發(fā)有效、高效的制備方法，達到對材料組成、尺寸、殼層結構及殼層厚度的有效調(diào)控，進而實現(xiàn)材料的預期性能。
[0004]多孔空殼碳酸鈣，既有多孔材料所具備的較大的比表面積和較大的吸附性能，又兼具了空殼材料所表現(xiàn)出的作為載體、輕質等優(yōu)異性能，同時由于碳酸鈣本身所具有的良好的生物相容性和可降解性，使其在用作藥物載體、重金屬去除等方面有著很好的應用前景。然而至今未見在有機溶劑中合成具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題是提供了一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，該碳酸鈣微納米材料由小的納米顆粒堆積而形成，這使得碳酸鈣空殼的表面具有一定大小的孔結構，這種孔結構可以增大材料的比表面積，有利于空殼內(nèi)外的物質擴散，在重金屬去除和藥物負載等領域具有很好的應用前景。
[0006]本發(fā)明的技術方案為:一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，其特征在于是由以下方法制備而成的:(1)將0.10-0.25g表面活性劑于室溫攪拌的條件下溶解在35mL有機溶劑中，直至澄清形成含有表面活性劑的有機溶劑；(2)在含有表面活性劑的有機溶劑中溶解可溶性鈣鹽，充分攪拌反應；(3)加入過量的尿素攪拌溶解至澄清；(4)將步驟(3)所得的混合溶液轉入聚四氟乙烯反應釜中，經(jīng)程序設定升溫至100-150°C，保持8_15h后自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物離心洗滌即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮(PVP )、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB )或十六烷基三甲基氯化 銨(CTAC)，所述的有機溶劑為乙二醇、異丙醇或丙三醇，所述的可溶性鈣鹽為硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣或乳酸鈣。
[0007]本發(fā)明所述的具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料是由大小為100_500nm的立方塊狀方解石堆積而形成的碳酸鈣空殼球，該碳酸鈣空殼球的粒徑為2-5 μ m,殼層厚度為100-500nm，即為單層立方塊狀方解石的厚度。
[0008]本發(fā)明具有以下有益效果:(1)反應中雖然用到了有機溶劑，但是所選用的有機溶劑均為低毒性，且與水有很好的可溶性，在后續(xù)的離心洗滌過程中很容易去除；(2)反應成本低，操作簡單；(3)制備的具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料具有較大的比表面積，在重金屬離子去除和藥物負載等方面具有很好的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明實施例1制得的具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料的透射電鏡圖；圖2是未添加表面活性劑制得的碳酸鈣微納米材料的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0010]以下通過實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容做進一步詳細說明，但不應該將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容實現(xiàn)的技術均屬于本發(fā)明的范圍。
[0011]實施例1
將0.25g的表面活性劑PVP溶解于35mL的乙二醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入硝酸鈣，保證硝酸鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入4倍于硝酸鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至150°C，并在此溫度下保持8小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣，如圖1所示。
[0012]實施例2`
將0.25g的表面活性劑PVP溶解于35mL的乙二醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入氯化鈣，保證氯化鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入5倍于氯化鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至150°C，并在此溫度下保持8小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣。
[0013]實施例3
將0.15g的表面活性劑CTAB溶解于35mL的異丙醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入醋酸鈣，保證醋酸鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入10倍于醋酸鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至120°C，并在此溫度下保持10小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣。
[0014]實施例4
將0.15g的表面活性劑CTAB溶解于35mL的異丙醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入乳酸鈣，保證乳酸鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入1.5倍于乳酸鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至120°C，并在此溫度下保持10小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣。[0015]實施例5
將0.1Og的表面活性劑CTAC溶解于35mL的丙三醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入硝酸鈣，保證硝酸鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入4倍于硝酸鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至100°C，并在此溫度下保持15小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣。
[0016]實施例6
將0.1Og的表面活性劑CTAC溶解于35mL的丙三醇溶劑中，待溶液攪拌澄清后加入醋酸鈣，保證醋酸鈣能夠完全溶解，充分攪拌作用I小時，然后再加入10倍于醋酸鈣摩爾量的尿素，溶解澄清，將所得的反應液轉入50mL聚四氟乙烯反應釜中，在程序控溫箱中設定程序升溫至100°C，并在此溫度下保持15小時，自然冷卻，經(jīng)水洗滌后干燥即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣。 [0017]以上實施例描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明原理的范圍下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進均落入本發(fā)明保護的范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，其特征在于是由以下方法制備而成的:(1)將0.10-0.25g表面活性劑于室溫攪拌的條件下溶解在35mL有機溶劑中，直至澄清形成含有表面活性劑的有機溶劑；(2)在含有表面活性劑的有機溶劑中溶解可溶性鈣鹽，充分攪拌反應；(3)加入過量的尿素攪拌溶解至澄清；(4)將步驟(3)所得的混合溶液轉入聚四氟乙烯反應釜中，經(jīng)程序設定升溫至100-150°C，保持8-15h后自然冷卻至室溫，將所得產(chǎn)物離心洗滌即可得到具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，所述的表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨或十六烷基三甲基氯化銨，所述的有機溶劑為乙二醇、異丙醇或丙三醇，所述的可溶性鈣鹽為硝酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣或乳酸鈣。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料，其特征在于:所述的具有分級結構的多孔空殼碳酸鈣微納米材料是由大小為100-500nm的立方塊狀方解石堆積而形成的碳酸鈣空殼球，該碳酸鈣空殼球的粒徑為2-5 μ m,殼層厚度為100-500 nm,即為單層立方塊狀方解石的厚度。
【文檔編號】C01F11/18GK103771479SQ201410007264
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權日:2014年1月8日
【發(fā)明者】楊林, 張曉婷, 馬曉明, 王魁, 楊媛媛, 朱郁蔥, 康慧靜 申請人:河南師范大學