CN100429145C - 一种利用层状硅酸盐质的孔材料组装纳米二氧化锡的方法 - Google Patents

一种利用层状硅酸盐质的孔材料组装纳米二氧化锡的方法 Download PDF

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Abstract

一种利用层状硅酸盐质的孔材料组装纳米二氧化锡的方法。本发明将层状硅酸盐的孔材料放入一定浓度的SnCl4溶液里，滴加NaOH或氨水溶液，控制溶液pH值在1.5～2.0之间，搅拌、洗涤、抽滤去Cl-，烘干、焙烧得SnO2/孔材料粉末。本发明制备工艺简单，原料易得，不涉及有机物原料，不易引发环境污染；所制备的SnO2/孔材料组装复合体系的比表面积由组装前孔材料的260.20m2/g下降到189.50m2/g，孔容由0.51ml/g下降到0.40ml/g，且组装后微孔数量明显减少。

Description

一种利用层状硅酸盐质的孔材料组装纳米二氧化锡的方法
技术领域
本发明涉及一种利用层状硅酸盐通过化学处理制备微/介孔材料组装纳米二氧化锡的方法，属于无机非金属材料领域。
背景技术
纳米颗粒微/介孔固体的复合体系是90年代初纳米材料科学中引人注目的前沿领域。利用物理或化学的方法将纳米颗粒放入微/介孔固体的孔洞中构成二者的组装体系，不但具有纳米微粒的许多特性，而且又产生了纳米微粒和介孔固体本身所不具备的特殊性质。同时，也可望使人们按照自己的意愿实现对某些性质的调制。由于介孔固体中的孔是开放的、并互相连通，因此，组装体系不但存在异质纳米颗粒与孔壁之间的界面，而且孔内颗粒还存在自由表面，并与环境介质(气氛或液相介质)相接触，所以这种组装体系必然存在孔的限制作用、界面耦合作用、和由于纳米颗粒表面的高度活性而对周围的气氛、液相、温度、相对湿度等环境条件敏感(尤其是金属颗粒的组装体系)，从而使介孔构成了微孔反应器，形成一系列独特的性能。
以微/介孔材料的纳米孔道为模板剂组装功能颗粒通常采用的方法有离子交换法、化学沉积法、吸附客体法及水热合成法等，组装对象主要有单质、硫化物、氧化物和复合纳米颗粒。Katovic将金属单质Al、Fe和Zn组装到了孔结构中。结果发现，Al、Fe和Zn的存在改变了原介孔分子筛的酸性，使其有可能应用于酸性、氧化性催化剂领域(Microporous and Mesoporous Materials，2001，44～45：275～281)，Li等人采用机械混合将SnO2组装到了MCM-41介孔分子筛中。由于介孔分子筛孔道本身对颗粒的局限作用，组装后的SnO2颗粒在孔道中均匀分布，团聚现象明显减少，其比表面积相应增大，促使其对气体的选择性和敏感性均有所提高，尤其是在250～600℃对H2的敏感度比纯SnO2有了显著的提高(Sensors and Actuators 1999，B 59：1～8)。目前也有关于纳米ZnFeO4成功组装到介孔硅基体中的报道，但所制得的产物其热稳定性都不太理想。Zhou等人成功地将ZnFeO4组装到硅介孔材料中，所得产物不仅具有所期待的良好的磁性能，而且在可见光波长范围内表现出透明性(MaterialsChemistry and Physics，2002，75：181～185)。这些研究大多是采用M41S系列分子筛为组装主体，制备这类分子筛的原料大多为有机物，成本较高，且产物易污染环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用层状硅酸盐为原料，制备高比表面积、孔径分布均匀的微/介孔材料，以此材料为组装主体组装纳米二氧化锡的方法。该方法工艺简单，原料易得，利用该方法制得的纳米复合材料有着比组装前更优良的性质。
本发明的详细方案为：
在SnCl4的水溶液中加入层状硅酸盐微/介孔材料，20～70℃水浴中磁力搅拌，加入NaOH或氨水溶液，控制溶液的pH值为1.5～2.0，搅拌至反应完全，抽滤，去Cl-，干燥，研磨，450-500℃焙烧，焙烧结束后自由冷却至室温，制得SnO2/层状硅酸盐质的孔材料粉末。
所述层状硅酸盐为滑石、高岭石、叶腊石、蒙脱石、伊利石或白云母。
本发明与现有工艺技术相比具有以下优点：
(1)现有技术均采用有机硅和硅溶胶为原料，经过水热反应或溶胶-凝胶的方法制备组装主体，原材料昂贵且费时；本发明是以层状硅酸盐为原料经过化学处理制备微/介孔材料，能降低加工成本，同时拓宽滑石矿的应用范围，生产高附加值的产品。
(2)本发明工艺简单，原料易得，条件较为宽松，不涉及有机物原料，不易污染环境。
(3)由于所制备的微/介孔材料含有均匀有序的孔道和空笼使得被组装的二氧化锡晶粒得到很好的分散，晶粒尺寸得到控制，所制备的SnO2/孔材料组装体系的性能较组装前有较大提高。
附图说明：
图1：滑石质的孔材料和不同Si/Sn的SnO2孔材料组装体系的XRD衍射图；
图2：滑石质的孔材料和不同Si/Sn的SnO2孔材料组装体系的红外图谱；
图3：滑石质的孔材料和不同Si/Sn的SnO2孔材料组装体系的吸附-脱附等温线；
图4：滑石质的孔材料和不同Si/Sn的SnO2孔材料组装体系的BJH孔径分布曲线；
图5：滑石质的孔材料和不同Si/Sn的SnO2孔材料组装体系的HK孔径分布曲线。
其中：a-滑石质的孔材料；b-Si/Sn＝40；c-Si/Sn＝10；d-Si/Sn＝2.5(Si/Sn指摩尔比)
具体实施方式
将过80目筛的滑石原料用行星磨球磨6h，球料重量比为10∶1，球磨后用盐酸在80℃搅拌条件下浸出，酸浓度为4mol/L，浸出时间为2h，将浸出液冷却、过滤、洗涤，烘干，得滑石质的微/介孔材料。称取一定量的SnCl4·5H2O，Si/Sn＝40、10、2.5，配成SnCl4水溶液，加入一定量的盐酸防止其水解。在SnCl4水溶液中加入滑石质的孔材料，60℃水浴中磁力搅拌30min后，逐滴滴加NaOH或氨水溶液，直到测得溶液的pH值在1.5～2之间，然后再搅拌1h，室温下静置，去离子水洗涤、抽滤，直到检测不到Cl-。然后在80℃的烘箱中干燥6h，取出用玛瑙研钵研磨。之后500℃高温焙烧，焙烧结束后自由冷却至室温，制得SnO2孔材料粉末。所制备的SnO2孔材料粉末的比表面积由组装前的260.20m2/g下降到189.50m2/g，孔容由0.51ml/g下降到0.40ml/g，且组装后微孔数量减少。组装前后的XRD图如图1所示，红外图谱如图2所示，N2吸附-脱附等温曲线如图3所示，BJH孔径分布曲线如图4所示，HK孔径分布曲线如图5所示。

Claims (2)

1.一种利用层状硅酸盐质的孔材料组装纳米二氧化锡的方法，其特征在于：在SnCl4的水溶液中加入层状硅酸盐微/介孔材料，20～70℃水浴中磁力搅拌，加入NaOH或氨水溶液，控制溶液的pH值为1.5～2.0，搅拌至反应完全，抽滤，去Cl-，干燥，研磨，450-500℃焙烧，焙烧结束后自由冷却至室温，制得SnO2/层状硅酸盐质的孔材料粉末。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述层状硅酸盐为滑石、高岭石、叶腊石、蒙脱石、伊利石或白云母。
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