[發(fā)明專利]一種微球狀多孔堿式硼酸鎂及硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)的離子熱合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410399152.3
• 申請日: 2014-08-14
• 公開（公告）號: CN104140112A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱萬誠;張照強;于游;王汝國;張琳琳;朱林;張強
• 申請（專利權(quán)）人: 曲阜師范大學(xué)
• 主分類號: C01B35/12
• 分類號: C01B35/12;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 濟南泉城專利商標(biāo)事務(wù)所 37218
• 代理人: 賈波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微球狀多孔堿式硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)的離子熱合成方法，屬于無機化工工藝技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，通過低維納米結(jié)構(gòu)單元自組裝制備三維納米材料由于其結(jié)構(gòu)獨特、比表面積較高、密度較小等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注。目前，三維納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于污水處理、催化劑及催化劑載體、電化學(xué)、藥物緩釋等領(lǐng)域，相對于低維納米材料表現(xiàn)出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。然而，目前三維納米材料的合成主要利用水熱法和溶劑熱法，通常需要額外加入模板劑輔助誘導(dǎo)其生長，模板劑在后續(xù)處理時比較難去除，容易造成產(chǎn)品污染，而且去除模板劑的同時容易造成三維結(jié)構(gòu)的坍塌，大大降低其應(yīng)用價值。此外，以水為反應(yīng)介質(zhì)的傳統(tǒng)水熱法需要高溫高壓環(huán)境，條件相對苛刻，一定程度上限制了其規(guī)模化量產(chǎn)；溶劑熱法所用溶劑為有機物，熔沸點較低，易爆，后續(xù)處理過程繁瑣，且大部分有機溶劑對身體有害，后處理過程中產(chǎn)生的廢水易造成水體污染。因此尋求新型綠色溶劑及高效、安全、簡單的三維材料合成新方法迫在眉睫。

離子液體是完全由陰陽離子組成，在室溫或接近室溫（低于100?oC）呈液態(tài)的熔融鹽，是一種新型“綠色”溶劑，它具有蒸汽壓極低、液相范圍寬、物理化學(xué)穩(wěn)定性高、對無機物和有機物具有較好溶解度、結(jié)構(gòu)可調(diào)等優(yōu)點。作為傳統(tǒng)有機溶劑替代物，離子液體在有機合成、催化、分離、多相生物質(zhì)加工、化學(xué)分析、鋰離子電池等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別地，以離子液體作為新穎反應(yīng)介質(zhì)的離子熱合成技術(shù)已成為功能性無機納米材料合成領(lǐng)域的新亮點之一。采用離子熱法已經(jīng)成功合成了眾多常規(guī)化合物，如介孔SiO₂、TiO₂、ZnO、CaCO₃等形貌新穎、性能優(yōu)良的高性能功能材料（Adv.?Mater.?2010,?22,?261-?285）。

我國的硼和鎂資源豐富，但目前大多處于初級利用階段，附加值低。在硼鎂資源高值化利用方面，目前眾多研究集中在硼酸鹽一維納米材料的制備，對三維納米硼酸鹽的合成目前尚鮮有報道。Chen?Aimin等利用表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、十二烷基硫酸鈉（SDS）輔助水浴-煅燒熱轉(zhuǎn)化法合成制得了硼酸鎂鹽微球[Mater.?Lett.,?2012,?68,?187-189；Adv.?Mater.?Res.,?2012,?486,?260-264]，而利用離子熱方法合成硼酸鹽納米材料目前尚未見公開報道。本發(fā)明人在前期工作中對一維硼酸鎂納米晶須水熱合成積累了豐富經(jīng)驗[向蘭，朱萬誠，朱慎林，一種無孔高結(jié)晶硼酸鎂的低溫熔鹽熱轉(zhuǎn)化制備方法，中國專利ZL200810102550.9；向蘭，朱萬誠，朱慎林，一種硼酸鎂晶須的水熱合成制備方法，中國專利ZL200610113032.8；朱萬誠，王汝國，朱山林，張琳琳，張強，一種無孔高結(jié)晶硼酸鎂納米晶須的綠色水熱合成方法.發(fā)明專利，公開號：CN103774208A]。本發(fā)明有助于進(jìn)一步探究硼酸鎂先進(jìn)功能材料控制合成新技術(shù)，繼而拓寬我國硼鎂資源高值利用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于離子液體為反應(yīng)介質(zhì)的新型離子熱合成新技術(shù)，首次利用離子液體為反應(yīng)介質(zhì)，利用反應(yīng)物所帶入的微量水或加入的少量水形成水泡，利用水泡的限域效應(yīng)實現(xiàn)了微球狀多孔堿式硼酸鎂的離子熱合成自組裝生長。本發(fā)明具有操作簡單、條件溫和、原料廉價、離子液體可循環(huán)利用等優(yōu)點。

一種微球狀多孔堿式硼酸鎂及硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)的離子熱合成方法，其特征在于，具體步驟如下：

1）將離子液體和水以一定體積比混合作為溶劑，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)溶劑pH至7-10；

2）將無機鎂鹽和硼酸鹽室溫下加入至pH為7-10的溶劑中，攪拌，將所得的漿料轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，pH調(diào)節(jié)劑調(diào)節(jié)pH至7-10，在一定升溫程序下升溫反應(yīng)；

3）將離子熱處理所得漿料自然冷卻至室溫，過濾、洗滌，80-100?oC干燥12?h得到微球狀多孔堿式硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)；

4）將步驟步驟3）得到的堿式硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)，置于焙燒爐，在一定升溫程序下升溫焙燒；

5）反應(yīng)完畢后自然冷卻至室溫，洗滌、過濾，80-100?oC下干燥12?h，即制得微球狀多孔硼酸鎂納米超結(jié)構(gòu)。

上述本發(fā)明的合成方法，所述步驟1）中的離子液體為N,N-二甲基甲酰胺醋酸鹽離子液體、N,N-二甲基甲酰胺鹽酸鹽離子液體和N,N-二甲基甲酰胺硝酸鹽離子液體中的任意一種。

上述本發(fā)明的合成方法，所述步驟1）中的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鉀、氫氧化鈉、醋酸鈉和醋酸鉀中的任意一種。