多孔Mg-Zn-Ca非晶薄帶的制備方法及應(yīng)用
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:本發(fā)明涉及材料和環(huán)保領(lǐng)域，具體指一種多孔Mg-Zn-Ca非晶薄帶的制備方法及其在廢水處理的應(yīng)用。
[0002]【背景技術(shù)】:近年來，利用某種腐蝕劑選擇性的溶解合金中的某一組分，即所謂的脫合金化，制備納米或多孔材料成為研究熱點(diǎn)。利用脫合金法制備的納米多孔金屬材料因其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)、特殊的性能，而被廣泛應(yīng)用于催化、電子、光學(xué)、藥物輸送等領(lǐng)域。由于這種材料不但具有大的內(nèi)表面積、高孔隙率和較均勻的納米孔，而且具有金屬材料的高導(dǎo)熱率、高導(dǎo)電率、抗腐蝕、抗疲勞等優(yōu)異性能，因而使其在催化和分離科學(xué)上具有重要的應(yīng)用，如:生物、醫(yī)藥用超濾乃至納濾介質(zhì);燃料電池中高比表面積催化劑載體;醫(yī)療診斷中蛋白分子的選擇性吸收等。另外金屬納米多孔材料所表現(xiàn)出的表面效應(yīng)和尺寸效應(yīng)，使其在電子、光學(xué)、微流體及微觀力學(xué)等方面有著巨大的應(yīng)用前景。
[0003]從金屬納米多孔材料的制備方法看，無序納米多孔材料的制備主要有脫合金法(DeaI 1ying)和納米粉體燒結(jié)法；而通過斜入射沉積法(GLAD)和膠晶法(CoI 1idalCrystal Template)可以獲得有序納米多孔膜。
[0004]2001 年美國約翰霍普金斯大學(xué) Jonah[JonahErlebacher, MichaelJAziz,AlainKarma,etal.Nature,2001,410:450]等首次報(bào)道了脫合金方法制備納米多孔金結(jié)構(gòu)以來，脫合金法已成為典型的金屬納米多孔材料制備方法，該方法是指通過化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕技術(shù)，脫去二元或多元合金中的某一種合金元素，獲得納米尺度三維連通孔結(jié)構(gòu)。前期的研究主要集中在Au納米多孔薄膜的制備技術(shù)上，將Au-Ag單相合金中的銀元素脫去，獲得金的大面積孔徑小于50nm的連通孔結(jié)構(gòu)。近年來對非貴金屬的研究逐漸增多。Sun等[SunLi , ChienChia-Ling, SearsonPeterC.ChemMater, 2004,16:3125]在含有氯離子有機(jī)溶液中，獲得了銀納米多孔結(jié)構(gòu)；Jayaraj等[JayarajJ ,ParkBJ ,KimDH,etal.ScriptaMaterialia, 2006,55:1063]用脫合金相得到了非晶Ti納米多孔膜，孔徑在15?10nm范圍內(nèi)。Muscat[Morrish R,Dorame K,Muscat A J.Scripta Mater.2011,64:856-859.]利用金銅合金選擇性腐蝕掉銅制備出納米多孔金。Hayes[Hayes J R1Hodge A Μ,BienerJ,HamzaA V,Sieradzki K1Monolithic nanoporous copper by dealloying Mn-Cu.J.Mater.Res.2006,21:611-616.]通過從銅錳合金中選擇性溶解錳制備出納米多孔銅。Zhang[Ji H,Wang X G,Zhao C C1Zhang C,Xu J L,Zhang Z H.Cryst Eng Comm,2011,13:2617-2628.]利用銀鎂合金中選擇性去除鎂制備出納米多孔銀。Deng等[Deng Zhen,Zhangheng, Liu Lin.1ntermetalIics, 2014,52:9-14]通過對MgCuGd非晶條帶腐蝕，獲得孔隙直徑20?50nm的多孔Cu材料，并表現(xiàn)出對苯酚廢水良好的催化降解作用。
[0005]金屬多孔材料最重要的應(yīng)用之一就是過濾與分離。過濾孔徑逐步向微細(xì)化、納米化發(fā)展。傳統(tǒng)金屬多孔材料其過濾精度值在I?70μπι，隨著人們對過濾精度需求不斷提高，納濾材料也不斷出現(xiàn)，金屬納米多孔過濾材料中如凱發(fā)(Hyflux)的不銹鋼微濾膜孔徑為
0.5μπι，膜層厚度為0.2mm，德國GKN的不銹鋼分離膜孔徑可達(dá)0.02μπι，它們已成功應(yīng)用在制藥、食品等領(lǐng)域的過濾與分離。
[0006]眾所周知，比表面積起著重要的在催化劑性能的作用，其中納米多孔結(jié)構(gòu)提高比表面積，和相應(yīng)的塊體材料相比表現(xiàn)出較高的催化活性，但目前的方法都不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]發(fā)明目的:
[0008]本發(fā)明提供一種多孔Mg-Zn-Ca非晶薄帶的制備方法及應(yīng)用，其目的是解決以往所存在的問題。
[0009]技術(shù)方案:
[0010]一種多孔Mg-Zn-Ca非晶薄帶的制備方法，其特征在于:該方法包括配置不同濃度的偶氮染料溶液，將非晶條帶放在在溶液中經(jīng)過不同時(shí)間的攪拌，采用乙醇清洗后即可獲得不同孔隙率和孔徑的多孔非晶材料。
[0011]該方法以Mg-Zn-Ca非晶薄帶作為前驅(qū)體，采用偶氮染料作為處理液，進(jìn)行脫合金化處理，然后將處理后的薄帶在無水酒精中反復(fù)清洗，直到在100倍顯微鏡下觀察物附著物為止，晾干后即得到多孔非晶薄帶。
[0012]所采用的偶氮染料，其PH值27
[0013]Mg-Zn-Ca非晶薄帶與偶氮染料溶液作用過程中或脫合金化處理過程是在頻率大于30千赫茲的超聲波清洗機(jī)內(nèi)進(jìn)行，確保反應(yīng)產(chǎn)物脫離所形成的多孔材料表面。
[0014]所制備的納米多孔非晶材料，孔隙率2 40%，孔徑< 300nm。
[0015]該方法包括以下步驟:(1)采用常規(guī)方法制備Mg-Zn-Ca非晶條帶，即將工業(yè)純度即重量百分比大于99.5 %的符合要求的合金成分進(jìn)行配料，采用純度大于99.99 %的氬氣保護(hù)熔煉成母合金錠作為制備條帶的原始材料。再在真空感應(yīng)爐中，在真空度不大于10—3Pa條件下引入純度大于99.99 %的氬氣進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)壓力低于大氣壓，采用單軌甩帶方法制備Mg-Zn-Ca非晶合金條帶，通過調(diào)節(jié)甩帶輪的轉(zhuǎn)速，控制條帶的厚度；(2)配置濃度不同的偶氮顏料溶液，本發(fā)明采用直藍(lán)偶氮顏料，濃度變化范圍為每升溶液中含主要成分100?200mg直藍(lán)，條帶的投放量為每10ml溶液中處理(I?5g)條帶，處理時(shí)間為0.5?60分鐘。
(3)處理過程中采用超聲波攪拌，保證脫合金化產(chǎn)物脫離條帶表面。
[0016]通過調(diào)節(jié)用帶輪的轉(zhuǎn)速，使所形成的條帶厚度在10?25μηι之間，用帶輪的線速度的控制通過調(diào)整甩帶輪的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，線速度不大于8m/s。
[0017]所制備的多孔材料應(yīng)用在催化、分離、生物組織移植和生物傳感器領(lǐng)域。
[0018]優(yōu)點(diǎn)效果:
[0019]本發(fā)明提供一種多孔Mg-Zn-Ca非晶薄帶的制備方法及應(yīng)用，很好的提高了材料的催化活性和生物相容性。首先在催化活性方面，多孔材料的高比表面積和非晶的遠(yuǎn)離平衡態(tài)特點(diǎn)，使其在降解具有有機(jī)廢水溶液方面，具有良好的催化活性；同時(shí)Mg-Zn-Ca又是良好的生物材料，可通過材料表面的多孔制備，實(shí)現(xiàn)與生物基體的良好結(jié)合和降解。
【附圖說明】
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[0020]附圖1非晶態(tài)Mg73Zn22Ca5合金在處理前(圖中a)和處理后(圖中b)的XRD表征，表明處理前