CN101734691A - 一种利用脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种借助脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法。本发明是以十二胺为溶剂，以聚乙二醇10000(PEG 10000)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或三嵌段共聚物(P123)为表面活性剂，以不规则无孔氧化镁粒子为镁源，在装有聚四氟乙烯内衬(体积为50mL)的自压釜中(体积填充度80％)于200-240℃恒温处理6h，经抽滤、无水乙醇洗涤后，所得白色粉末在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥，再在管式炉中通入空气(100mL/mi n)以1℃/min的速率从室温升至550℃并在该温度下保持3h，即可制得六方晶体多孔氧化镁纳微米粒子。本发明所制得的多孔氧化镁粒子适合于作催化剂和载体，也可作为耐热材料、涂料以及超导体的添加剂。

Description

一种利用脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法
技术领域
本发明涉及到一种利用脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法，具体涉及到利用十二胺作溶剂的溶剂热法制备多孔氧化镁的方法。
发明背景
氧化镁用途广泛，是一种在催化、油漆、耐高温材料、超导材料等领域的重要功能材料。氧化镁可作为吸附剂去除水中有毒金属离子和污染性有机物，也可作为多相催化剂和载体。
制备氧化镁的方法很多，主要包括焙烧法，硬模板法、水热法、醇热法、回流法等。传统的制备方法是采用焙烧碳酸镁或硝酸镁过程，产生大量的CO2、CO和NOx，对大气环境造成了巨大的不利影响，而且所获得的氧化镁比表面积低。尽管近年来人们采用硬模板(如介孔二氧化硅SBA-15、SBA-16和KIT-6，介孔碳CMK-3和CMK-5，以及聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯微球等)方法先后成功地制备出多孔氧化镁，但是该合成方法需要消耗大量的硬模板，成本高，目标产物的得率低，因此不适于其工业化生产。而且，所使用的镁源一般为硝酸盐或价格昂贵的醇盐，势必造成环境污染和增加生产成本。除了上述焙烧法和硬模板法外，溶胶-凝胶法也可用于制备多孔氧化镁。例如，Portillo等(R.Portillo，et al.Langmuir，1996，12：40-44)以价格昂贵的乙醇镁为镁源，调节溶液pH值并进行回流，经焙烧后得到多孔氧化镁。Gao等(C.Gao，et al.Crystal Growth & Design，2008，8：3785-3790)采用水热法，通过调节MgCl2·4H2O和NaHCO3的浓度和水热温度及水热时间，所得前驱物经焙烧后转化成具有花状或片状的介孔氧化镁。最近，我们课题组采用以三嵌段共聚物P123和聚乙二醇PEG为表面活性剂和以不规则无孔氧化镁粒子为原料的水热法成功地合成出具有特定形貌的高比表面积(298m2/g)的氧化镁纳微米粒子(戴洪兴等，中国发明专利，ZL2006101144335；G.Wang，et al.Inorganic Chemistry，47，10：4015-4022)。
十二胺是一种有机脂肪胺，可用作表面活性剂来制备钒氧化物纳米管(L.I.Vera-Robles and A.Campero，J.Phys.Chem.C，2008，112：19930-19933)、硅纳米棒(A.T.Heitsch，et al.Nano Letters，2009，9：3042-3047)、PbCl2纳米粒子(K.Naoe，J.Phys.Chem.C2007，111，16249-16254)和Nb基过渡金属介孔分子筛Nb-TMS(D.M.Antonelli，et al.Inorganic Chemistry，1996，35：3126-3136)。然而，迄今为止尚无利用添加表面活性剂的脂肪胺(十二胺)溶剂热法制备多孔氧化镁的文献和专利报道。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述焙烧法，硬模板法、水热法、醇热法、回流法所存在的污染环境、原料昂贵、目标产物得率低等缺点，而提出一种利用脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法。
本发明采用聚乙二醇10000(PEG 10000)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或三嵌段共聚物(P123)表面活性剂辅助的十二胺溶剂热法制备多孔氧化镁，具体步骤如下：
(1)将表面活性剂PEG 10000、CTAB或P123加入到十二胺溶剂中，表面活性剂的浓度控制在0.42mol/L，在35℃水浴中搅拌至完全溶解，再加入不规则无孔氧化镁粒子原料，氧化镁和表面活性剂的摩尔比为8∶10，在35℃水浴中继续搅拌1h。
(2)将上述溶液转移到装有50mL的聚四氟乙烯内衬的自压釜(体积填充度为80％)中，在200-240℃恒温处理6h，取出后让其自然冷却到室温。
(3)将所得混合物抽滤、用无水乙醇洗涤3-4次后，在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥。
(4)将所得白色粉末放入管式炉中，在空气流(100mL/min)中以1℃/min的升温速率从室温升至550℃并在该温度下保持3h，而后让其自然冷却至室温，得到多孔氧化镁纳微米粒子。
本发明所制得的多孔氧化镁粒子适合于作催化剂和载体，也可作为耐热材料、涂料以及超导体的添加剂。
利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别测定所得目标产物的晶相结构、形貌，结果表明，采用本发明所述方法可以获得六方片状多孔氧化镁纳微米粒子。
附图说明
图1XRD谱图，其中曲线(a)、(b)和(c)分别为实施例1、实施例2和实施例3所得氧化镁样品的XRD谱图。
图2为氧化镁原料和所制得的多孔氧化镁样品的SEM照片，其中图2(a)、2(b)、2(c)和2(d)分别为氧化镁原料的SEM照片、实施例1样品、实施例2样品和实施例3样品的SEM照片。
为进一步了解本发明，下面以实施例作详细说明，并给出附图描述本发明所采用一种表面活性剂辅助的十二胺溶剂热法制备具有多孔结构的氧化镁纳微米粒子。
具体实施例方式
实施例1：取40mL十二胺，置于100mL的烧杯中，在磁力搅拌条件下加入5.19g CTAB(即控制CTAB浓度为0.42mol/L)，在35℃水浴中搅拌1h后加入不规则无孔氧化镁原料(即控制氧化镁和CTAB的摩尔比为8∶10)，在35℃水浴中继续搅拌1h后，溶液转移至装有体积为50mL的聚四氟乙烯内衬的自压釜中(体积填充度80％)，于240℃恒温处理6h，取出后让其自然冷却至室温，所得混合物经抽滤和用无水乙醇洗涤3-4次后得到白色粉末，在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥。干燥后的粉末在管式炉中通入空气(100mL/min)以1℃/min的速率从室温升至550℃，并在该温度下保持3h，即得到立方晶体结构的多孔氧化镁纳微米粒子。
实施例2：取40mL十二胺，置于100mL的烧杯中，在磁力搅拌条件下加入0.77g PEG 10000(即控制PEG 10000浓度为0.42mol/L)，在35℃水浴中搅拌1h后加入不规则无孔氧化镁原料(即控制氧化镁和PEG 10000的摩尔比为8∶10)，在35℃水浴中继续搅拌1h后，溶液转移至装有体积为50mL的聚四氟乙烯内衬的自压釜中(体积填充度80％)，在240℃保温6h，取出后让其自然冷却至室温，所得混合物经抽滤和用无水乙醇洗涤3-4次后得到白色粉末，在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥。干燥后的粉末在管式炉中通入空气(100mL/min)以1℃/min的速率从室温升至550℃，并在该温度下保持3h，即得到立方晶体结构的多孔氧化镁纳微米粒子。
实施例3：取40mL十二胺，置于100mL的烧杯中，在磁力搅拌条件下加入2.3g P123(即控制P123浓度为0.42mol/L)，在35℃水浴中搅拌1h后加入不规则无孔氧化镁原料(即控制氧化镁和P123的摩尔比为8∶10)，在35℃水浴中继续搅拌1h后，溶液转移到装有体积为50mL的聚四氟乙烯内衬的自压釜中(体积填充度80％)，在200℃恒温处理6h，取出后让其自然冷却至室温，所得混合物经抽滤和洗涤(用无水乙醇洗3-4次)后在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥，得到白色粉末。干燥后的白色粉末在管式炉中通入空气(100mL/min)以1℃/min的速率从室温升至550℃，并在该温度下保持3h，即得到立方晶体结构的六方片状多孔氧化镁纳微米粒子。

Claims (3)

1.一种利用脂肪胺溶剂热法制备多孔氧化镁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚乙二醇10000(PEG 10000)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或三嵌段共聚物(P123)表面活性剂加入到十二胺溶剂中，表面活性剂的浓度控制在0.42mol/L，在35℃水浴中搅拌至完全溶解，再加入不规则无孔氧化镁粒子原料，氧化镁和表面活性剂的摩尔比为8∶10，在35℃水浴中继续搅拌1h。
(2)将上述溶液转移到装有50mL的聚四氟乙烯内衬的体积填充度为80％的自压釜中，在200-240℃恒温处理6h，取出后让其自然冷却到室温。
(3)将所得混合物抽滤、用无水乙醇洗涤3-4次后，在相对湿度为35-40％的条件下于室温干燥。
(4)将所得白色粉末放入管式炉中，在空气流100mL/min中以1℃/min的升温速率从室温升至550℃并在该温度下保持3h，而后让其自然冷却至室温，得到多孔氧化镁纳微米粒子。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中加入聚乙二醇10000(PEG 10000)或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，得到立方晶体结构的多孔氧化镁纳微米粒子。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中加入三嵌段共聚物(P123)，得到立方晶体结构的六方片状多孔氧化镁纳微米粒子。
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