一種氧化物多孔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多孔材料制備技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種氧化物多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔材料具有比表面積高、相對密度低、滲透性好、重量輕、孔結(jié)構(gòu)獨特和吸附性能優(yōu)異等特點，在能量存儲與轉(zhuǎn)化、催化反應(yīng)、吸附、分離、過濾、消音和隔熱等諸多方面得到廣泛應(yīng)用。因此，發(fā)展一種簡單而有效的制備方法來控制多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)，是實現(xiàn)它們在這些領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
[0003]目前，多孔材料主要通過膠晶模板法來制備，包括硬模板法和軟模板法。采用膠晶模板法時，通常需要預(yù)先制備出膠晶模板，而制備膠晶模板的工藝比較復(fù)雜，較難以大規(guī)模生產(chǎn)，同時，膠晶模板由模板顆粒緊密堆積形成，導(dǎo)致目標(biāo)材料的孔尺寸、孔隙率和壁厚等性質(zhì)不易在大范圍內(nèi)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種操作方便和適于工業(yè)化生產(chǎn)的氧化物多孔材料的制備方法，用該方法制備的氧化物多孔材料擁有三維離散孔結(jié)構(gòu)，所述氧化物多孔材料的孔尺寸、孔隙率和壁厚能在較大范圍內(nèi)調(diào)控。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:其特征在于所述制備方法是:
1)按濃度為5?lOmol/L，將氧化物前驅(qū)體鹽溶于有機溶劑，攪拌3?5小時，得溶液I。
[0006]2)按照氧化物前驅(qū)體鹽與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1: (0.01?0.1)，將粘結(jié)劑加入溶液I中，攪拌1?2小時，得溶液Π。
[0007]3)按照氧化物前驅(qū)體鹽與模板劑的質(zhì)量比為1: (0.1?0.35)，將模板劑加入溶液Π中，攪拌3?5小時，得溶液m。
[0008]4)再將溶液ΙΠ進(jìn)行液氮冷凍處理，然后在真空冷凍干燥機中干燥48?72小時，得到干燥后的產(chǎn)物。
[0009]5)將干燥后的產(chǎn)物置于管式爐中，在氬氣氣氛或空氣氣氛中以4?5°C/min速率升溫至300?800°C，保溫4?12h，隨爐自然冷卻，除去模板劑，得到氧化物多孔材料。
[0010]所述氧化物前驅(qū)體鹽為鈦酸四丁酯與二水乙酸鋰的混合鹽、四水硝酸錳、硫酸鈦中的一種。
[0011]所述有機溶劑為叔丁醇、或為乙醇和冰醋酸的混合溶劑，混合溶劑中的乙醇和冰醋酸的體積比為1:1。
[0012]所述粘結(jié)劑為乙基纖維素或為聚乙烯吡咯烷酮。
[0013]所述模板劑為聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、二氧化硅中的一種。
[0014]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下積極效果:
(1)本發(fā)明所制得的氧化物多孔材料具有合適的納米孔隙，能提高材料的穩(wěn)定性和功能性，避免孔徑過大造成材料整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，同時也能防止孔徑過小而無法起到良好的緩沖體積膨脹的效果。
[0015](2)傳統(tǒng)的膠晶模板法用到的膠晶模板的模板顆粒均為緊密堆積排列，所得多孔材料的孔徑大小和孔壁厚完全決定于膠晶模板，材料的孔尺寸、孔隙率和壁厚不易在大范圍內(nèi)控制，所得孔結(jié)構(gòu)通常為貫通孔道結(jié)構(gòu);而本發(fā)明通過改變模板劑的加入量和種類，能有效地控制所制得的氧化物多孔材料的孔尺寸、孔隙率和壁厚，所制備的氧化物多孔材料擁有三維離散孔結(jié)構(gòu)；經(jīng)測試:氧化物多孔材料的比表面積為30?80m2/g，孔隙率為0.13?
0.28cm3/g，孔徑為50?500nm，壁厚為50?lOOOnm，從而使所制得的氧化物多孔材料的孔隙結(jié)構(gòu)能在大范圍內(nèi)調(diào)控。
[0016](3)傳統(tǒng)的膠晶模板法需要先制得模板顆粒緊密堆積排列的膠晶模板，較難以規(guī)模化生產(chǎn);而本發(fā)明中的模板劑能大規(guī)模生產(chǎn)，易于工業(yè)化制備氧化物多孔材料。
[0017]因此，本發(fā)明具有操作方便和適于工業(yè)化生產(chǎn)的特點，所制備的氧化物多孔材料擁有三維離散孔結(jié)構(gòu)，所述氧化物多孔材料的孔尺寸、孔隙率和壁厚能在較大范圍內(nèi)調(diào)控。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明所制備一種二氧化錳多孔材料的XRD圖；
圖2是圖1所示二氧化錳多孔材料的SEM圖；
圖3是本發(fā)明所制備一種二氧化鈦多孔材料的XRD圖；
圖4是圖3所示二氧化鈦多孔材料的SEM圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，并非對其保護(hù)范圍的限制。
[0020]實施例1
一種二氧化錳多孔材料的制備方法。所述制備方法是:
1)按濃度為5?6.5mol/L，將四水硝酸錳溶于叔丁醇，攪拌3~5小時，得溶液I。
[0021]2)按照四水硝酸錳與乙基纖維素的質(zhì)量比為1:(0.01?0.04)，將乙基纖維素加入溶液I中，攪拌1?2小時，得溶液Π。
[0022]3)按照四水硝酸錳與二氧化硅的質(zhì)量比為1: (0.25-0.35),將二氧化硅加入溶液Π中，攪拌3~5小時，得溶液m。
[0023]4)再將溶液m進(jìn)行液氮冷凍處理，然后在真空冷凍干燥機中干燥48?72小時，得到干燥后的產(chǎn)物。
[0024]5)將干燥后的產(chǎn)物置于管式爐中，在氬氣氣氛或空氣氣氛中以4?5°C/min速率升溫至300?500°C，保溫4?7h，隨爐自然冷卻，得到二氧化錳材料；將所述二氧化錳材料用10vol%氫氟酸浸泡0.5-lh，再用去離子水洗滌3-5次，烘干，得到二氧化錳多孔材料。
[0025]圖1是實施例1所制備一種二氧化錳多孔材料的XRD圖，圖2是圖1所示多孔二氧化錳材料的SEM圖。由圖1可以看出，其制品為純相的Μη02材料；由圖2可以看出，其制品孔隙分布比較均勻，孔徑為300?500nm，壁厚為50?400nm;其制品經(jīng)BET測試，比表面積為60?80m2/g，孔隙率為0.20?0.28cm3/g，證明所得二氧化錳多孔材料擁有三維離散孔結(jié)構(gòu)。
[0026]實施例2 一種二氧化鈦多孔材料的制備方法。所述制備方法是:
1)按濃度為6.5-8.0mol/L，將硫酸鈦溶于叔丁醇，攪拌3~5小時，得溶液I。
[0027]2)按照硫酸鈦與聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量比為1:(0.04?0.07)，將聚乙烯吡咯烷酮加入溶液I中，攪拌1?2小時，得溶液Π。
[0028]3)按照硫酸鈦與聚甲基丙烯酸甲酯的質(zhì)量比為1:(0.15?0.25)，將聚甲基丙烯酸甲酯加入