專利名稱：具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法。
背景技術(shù)：
多孔材料以其獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的比表面性能，在催化、吸附和分離等領(lǐng)域具 有廣泛的應(yīng)用前景。含有特定微孔、介孔或大孔的分等級結(jié)構(gòu)的多孔材料，由于復(fù)合了多 種尺寸孔的優(yōu)勢，因而引起了越來越多的研究人員的關(guān)注。到目前為止，分等級的多孔材 料如TiO2, ZrO2, CeO2和復(fù)合金屬氧化物，通常是應(yīng)用模板來合成，常用的模板劑有聚乙烯 膠粒，嵌段共聚物，離子型表面活性劑等。然而這些模板劑通常缺少固有的復(fù)雜性和分級 結(jié)構(gòu)，從而很難獲得多尺寸的孔結(jié)構(gòu)和形貌，而且需要繁瑣且復(fù)雜的后處理步驟來除去有 機(jī)模板，而這些步驟會造成新的環(huán)境污染和能源浪費(fèi)。因此許多研究者開始采用復(fù)雜的天 然生物模板如蝴蝶翅膀、貝殼、木細(xì)菌等來構(gòu)筑具有分級結(jié)構(gòu)的多孔無機(jī)材料(S. A. Davis, H. Μ. Patel, Ε. L. Mayes, N. H. Mendel son, G. Franco, S. Mann, Chem. Mater. 10,2516(1998)； B. Zhang, S. A. Davis, N. H. Mendelson, S. Mann, Chem. Commun. 9, 781 (2000) ；Y. Zheng, X. Gao, L. Jiang, Soft Matter. 3，178(2007))。多孔材料中的復(fù)合金屬氧化物因其具有優(yōu)異的多孔結(jié)構(gòu)和高熱穩(wěn)定性能，被廣泛 的用于改善環(huán)境的催化劑，吸附劑和生物材料的載體等。雖然采用膠晶模板法可以制備有 序大孔結(jié)構(gòu)的混合金屬氧化物(M. Sadakane, T. Asanuma, J. Kubo, W. Ueda, Chem. Mater. 17， 3546 (2005) ；Ε. Geraud, V. Prevot, J. Ghanbaja, F. Leroux, Chem. Mater. 18,238 (2006)), 但合成分等級的多孔復(fù)合金屬氧化物的方法卻很少見。以水滑石為前驅(qū)體，在適當(dāng)?shù)臏囟?下焙燒可以得到復(fù)合金屬氧化物，產(chǎn)物外觀呈現(xiàn)片狀、無序、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此多孔并具有較 大的比表面積，同時(shí)又具有良好的穩(wěn)定性。最近報(bào)道了一種使用具有特定管型毛狀體的 豆莢為生物模板合成的具有生物形貌的分級多孔復(fù)合金屬氧化物(Y. Zhao, Μ. Wei, J. Lu, Ζ. L. Wang,X. Duan，ACS Nano. 3，4009 (2009))。而生物模板的缺點(diǎn)是難以確保精細(xì)的生物組 織結(jié)構(gòu)在反應(yīng)過程中不被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能進(jìn)一步拓寬分等級多孔結(jié)構(gòu)材料的合成路徑，使其 在催化，吸附，分離及光、電、磁等許多領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的 復(fù)合金屬氧化物的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的分別稱取二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽，并將其倒入盛有乙二醇和水的混合溶劑的容 器中，完全溶解后把容器放置在一個(gè)盛有濃氨水的封閉容器中，在室溫條件下，揮發(fā)出來的 氨水與金屬鹽在溶液表面逐層反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行完全并生成水滑石溶膠；取出容器，傾去上層 的透明溶液，將剩余溶膠轉(zhuǎn)移至坩堝中，蓋上坩堝蓋后放置在烘箱中，80 180°C保溫陳化 12小時(shí)，再將陳化過的溶膠直接減壓抽濾，所得濾餅于烘箱中干燥24小時(shí)，最后把干燥后獲得的凝膠產(chǎn)物放置于坩堝中，300 500°C的空氣環(huán)境下，于馬弗爐中焙燒5小時(shí)，待降至 室溫時(shí)，取出焙燒產(chǎn)物即可獲得分等級多孔復(fù)合金屬氧化物。乙二醇和水的體積比的范圍為9 1 1 1。所述氨水的重量比濃度為26%。所述二價(jià)金屬鹽Mg (NO3)2或MgCl2 ；所述三價(jià)金屬鹽為Al (NO3)3或A1C13。二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽的摩爾比為2 1。本發(fā)明針對已有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物材料制備方法存在的問題，提 出了以乙二醇和水為混合溶劑，采用簡單的氣液界面反應(yīng)法制備水滑石溶膠，再通過焙燒 水滑石前驅(qū)體獲得具有分等級多孔結(jié)構(gòu)(微孔_介孔-大孔)的復(fù)合金屬氧化物的方法該 方法將進(jìn)一步拓寬分等級多孔結(jié)構(gòu)材料的合成路徑，使其在催化，吸附，分離及光，電，磁等 許多領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，并為分等級多孔結(jié)構(gòu)機(jī)理的形成提供理論支持。本發(fā)明的主要技術(shù)特征是采用氣液界面反應(yīng)法，利用揮發(fā)出來的氨水與金屬鹽在 溶液表面逐層反應(yīng)，在乙二醇的極性基團(tuán)羥基(-0H)作用下使膠體粒子互相連接，形成三 維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水滑石凝膠，經(jīng)干燥焙燒制備出具有分等級多孔結(jié)構(gòu)(微孔-介孔-大 孔)的復(fù)合金屬氧化物
具體實(shí)施例方式下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述在制備過程中，以7 3(體積比)的乙二醇和水作溶劑。將6. 15g(24. Ommol)的 Mg (NO3) 2 · 6H20 和 4. 51g (12. Ommol)的 Al (NO3) 3 · 9H20 溶解在盛有 50mL 乙二醇和水的混合 溶劑的燒杯中，然后把燒杯放置在一個(gè)盛有150mL濃氨水(26wt% )的封閉容器中。在室溫 條件下，揮發(fā)出來的氨水與硝酸鹽在溶液表面逐層反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行完全并生成水滑石溶膠。 取出燒杯，傾去上層的透明溶液，將剩余溶膠轉(zhuǎn)移至坩堝中，蓋上坩堝蓋后放置在烘箱中， 150°C保溫陳化12小時(shí)后取出。此時(shí)再將陳化過的溶膠直接(不使用任何溶劑清洗)減壓 抽濾，所得濾餅于烘箱中干燥24小時(shí)。最后把干燥后獲得的凝膠產(chǎn)物放置于坩堝中，400°C 的空氣環(huán)境下，于馬弗爐中焙燒5小時(shí)，待降至室溫時(shí)，取出焙燒產(chǎn)物即可獲得分等級多孔 復(fù)合氧化物。實(shí)施例2:其它實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，改變二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽為MgCl2 · 6H20和 AlCl3 · 6H20。實(shí)施例3:其它實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，改變混合溶劑中乙二醇和水的體積比為1 1。實(shí)施例4:其它實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，改變水滑石的保溫陳化溫度為100°C。實(shí)施例5:其它實(shí)驗(yàn)條件同實(shí)施例1，改變水滑石前驅(qū)體的焙燒溫度為500°C。
權(quán)利要求
一種具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征是分別稱取二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽，并將其倒入盛有乙二醇和水的混合溶劑的容器中，完全溶解后把容器放置在盛有濃氨水的封閉容器中，在室溫條件下，揮發(fā)出來的氨水與金屬鹽在溶液表面逐層反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行完全并生成水滑石溶膠；取出容器，傾去上層的透明溶液，將剩余溶膠轉(zhuǎn)移至坩堝中，蓋上坩堝蓋后放置在80～180℃保溫陳化12小時(shí)，再將陳化過的溶膠直接減壓抽濾，所得濾餅干燥24小時(shí)，最后把干燥后獲得的凝膠產(chǎn)物放置于坩堝中，300～500℃的空氣環(huán)境下焙燒5小時(shí)，降至室溫獲得分等級多孔復(fù)合金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征 是所述二價(jià)金屬鹽Mg (NO3) 2或MgCl2 ；所述三價(jià)金屬鹽為Al (NO3) 3或A1C13。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征 是二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽的摩爾比為2 1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法， 其特征是乙二醇和水的體積比的范圍為9 1 1 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法， 其特征是所述氨水的重量比濃度為26%。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法，其特征 是所述氨水的重量比濃度為26%。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物的制備方法。將二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽倒入盛有乙二醇和水的混合溶劑的容器中，溶解后把容器放置在一個(gè)盛有濃氨水的封閉容器中，在室溫條件下，揮發(fā)出來的氨水與金屬鹽在溶液表面逐層反應(yīng)，生成水滑石溶膠；傾去上層的透明溶液，將剩余溶膠轉(zhuǎn)移至坩堝中，80～180℃保溫陳化12小時(shí)，再將陳化過的溶膠直接減壓抽濾，所得濾餅于烘箱中干燥，最后把干燥后獲得的凝膠產(chǎn)物放置于坩堝中，300～500℃焙燒5小時(shí)，降至室溫時(shí)獲得分等級多孔復(fù)合金屬氧化物。本發(fā)明采用氣液界面反應(yīng)法，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水滑石凝膠，經(jīng)干燥焙燒制備出具有分等級多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬氧化物。
文檔編號B01J20/28GK101992081SQ20101027076
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者劉琦, 印曦, 周紀(jì)登, 張密林, 景曉燕, 李占雙, 王君 申請人:哈爾濱工程大學(xué)