CN103316602B

CN103316602B - 一种纳米介孔材料溶液及其配制方法

Info

Publication number: CN103316602B
Application number: CN201310168655.5A
Authority: CN
Inventors: 谢文富
Original assignee: Bergreen (ningde) Nanometer Technology Co Ltd
Current assignee: Bergreen (ningde) Nanometer Technology Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: CN103316602A

Abstract

本发明公开了一种纳米介孔材料溶液及其配制方法，其中溶质均匀分散在溶剂中，溶质为两种或两种以上纳米氧化物的混合介孔材料，利用超临界流体技术分散于所述溶剂中，所述溶剂为水或有机溶剂，本技术利用孔径10nm～50nm大小的多种氧化物材料代替纳米金、银等昂贵原料，通过较低的制作成本，却能兼具纳米金、纳米银的一些特殊功能，同时由于氧化物组合的变化，可以充分使用各种不同的物质和物相的材料作为载体，制作出丰富纳米特性的材料，且本纳米介孔溶液溶质分散性好，溶液稳定，制备过程不需要高温处理，减少了能源消耗，具有环保意义。

Description

一种纳米介孔材料溶液及其配制方法

技术领域

本发明涉及一种溶液及其配制方法，具体的涉及一种纳米介孔材料溶液及其配制方法。

背景技术

介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大比表面积和三维孔道结构的新型材料，介孔材料具有许多其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控。基于其结构的优异特性，经过优化合成条件的介孔材料可能具有高热稳定性和水热稳定性，其在催化，吸附，分离及光，电，磁等许多领域存在潜在应用价值。

随着介孔材料工艺的成熟，其在各领域的运用与作用日益引起关注和重视，但是很多仅仅是扛着纳米材料、介孔材料的旗帜宣称神奇功效并抬高产品的价格，却不是真正的纳米介孔材料产品。现有做为触媒、醇化、抗菌等效果的主要成分，多以无机的负载型金、银、钛等为主，虽然具有一定的效果，但是价格昂贵。同时，市面上也存在一些所谓纳米材料水溶液，其多数仅仅通过将氧化物纳米介孔材料与水进行搅拌混合，则所得到的混合液体可能存在溶质分散不均匀或溶质凝聚等现象，致使混合液体分散状态不佳，溶液不稳定。

发明内容

针对现有技术存在的高价与不足，本发明的目的在于提供一种简单、便宜，利用介孔材料制备的纳米介孔材料溶液及其配制方法。本发明以孔径大小为10nm～50nm的多种纳米氧化物混合原料代替纳米金、银等昂贵原料，制备纳米介孔材料溶液，打破了纳米昂贵的贯有想法，可广泛应用于有机、无机的各种材质载体上，是全方位的负载型催化剂。以纳米级二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化铁、氧化锰、氧化镁、氧化钙、氧化钠、氧化钾等氧化物的介孔材料，来备制纳米介孔材料溶液，同样具备纳米金、银的物理性与化学性的特性作用，价格却相较便宜。通过利用水作为通用载体可获得各种不同物质的材料，制作出具有纳米特性的材料，具备抗菌、除臭、吸着力、催化、载体、离子交换、触媒等功能。特别是在物质分子改善方面应用，可以让物质分子变小，改变团簇（大分子）大小。

具体技术方案如下：一种纳米介孔材料溶液，其中溶质均匀分散在溶剂中，溶质为两种或两种以上纳米氧化物的混合介孔材料，利用超临界流体技术分散于水或有机溶剂中，采用超临界流体技术可以保证溶质在溶剂中充分分散，溶液的稳定性得到保证。

较佳的，1000mL溶剂中添加所述混合介孔材料10～50g。

较佳的，纳米氧化物可以为孔径为10nm～50nm的SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、ZrO₂，通过多种纳米氧化物的混合，可以实现纳米金、纳米银等昂贵纳米材料的部分物理特性，进而降低了纳米介孔材料的使用成本。

较佳的，能实现纳米金、纳米银物理特性的混合介孔材料中各组分质量占比为：SiO₂占50-60%、TiO₂占8-12%、Al₂O₃占8-12%、Fe₂O₃占5-7%、FeO占2-5%、MnO占1-2%、MgO占1-2%、CaO占1-2%、Na₂O占5-7%、K₂O占3-4%、CaCO₃占2-3%、P₂O₅占1-2%、ZrO₂占1-2%。

一种配制纳米介空材料溶液的方法，其包含以下步骤：

（a）取两种或两种以上纳米氧化物的介孔材料，根据配方称量并充分混合均匀，形成混合介孔材料；

（b）取水或有机溶剂作为为溶剂，往溶剂中缓慢添加所述混合介孔材料，并充分搅拌均匀；

（c）采用超临界流体技术，萃取温度为32-35℃，压力为8-9MPa，低温萃取制备约50%的纳米介孔材料溶液。

较佳的，步骤（a）中的所述介孔材料孔径为10nm-50nm，该孔隙范围的介孔材料能在保证材料比表面的同时还可以让超临界流体充分浸入孔隙，所述步骤（b）中，所述溶剂取1000ml，添加的混合介孔材料为10-50g。

较佳的，步骤（a）中的纳米氧化物可以为：SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、P₂O₅、ZrO₂。

较佳的，步骤（a）中的混合介孔材料中各组分质量占比为：SiO₂占50-60%、TiO₂占8-12%、Al₂O₃占8-12%、Fe₂O₃占5-7%、FeO占2-5%、MnO占1-2%、MgO占1-2%、CaO占1-2%、Na₂O占5-7%、K₂O占3-4%、CaCO₃占2-3%、P₂O₅占1-2%、ZrO₂占1-2%，以上比例可以保证制得的纳米介孔材料溶液具备纳米金、纳米银的物理特性。

采用以上技术手段，具有以下有益效果：

1、利用孔径10nm～50nm大小的多种氧化物材料代替纳米金、银等昂贵原料，通过较低的制作成本，却能兼具纳米金、纳米银的一些特殊功能，同时由于氧化物组合的变化，可以充分使用各种不同的物质和物相的材料作为载体，制作出丰富的纳米特性材料。

2、采用超临界流体技术，保证三维纳米介孔材料的粉体均匀分散在水相介质中，制得的纳米介孔材料溶液较稳定。

3、采用超临界流体技术，使得萃取过程不需要在高温条件下进行，减少了能源的消耗，具有很好的环保意义。

具体实施方式

本实施例公开了一种以SiO₂、TiO₂、Al₂O₃等纳米介孔材料为主要溶质的分散状态良好的纳米介孔水溶液及其制备方式，制备步骤如下：

（1）根据以下配方称取介孔材料原料：SiO₂占58%、TiO₂占9%、Al₂O₃占11%、Fe₂O₃占5%、FeO占2%、MnO占1%、MgO占1%、CaO占1%、Na₂O占5%、K₂O占3%、CaCO₃占2%、P₂O₅占1%、ZrO₂占1%，以上介孔材料孔径控制在10nm-50nm内，对原料进行混合均匀。

（2）以每1000ml的纯水添加30g介孔材料的比例，对溶质和溶剂进行混合，并搅拌均匀，形成料浆。

（3）将料浆通过超临界容器供料口添加到容器内，此时，容器内料浆分散性不佳，且料浆存在形态不稳定，多数介孔材料还凝聚在一起，不均匀的悬浮在溶剂中。将超临界溶剂填装到超临界容器内，此实施例中使用的超临界溶剂为CO₂，为了让超临界溶剂脱离气相、液相，形成超临界流体，需要通过加热装置、泵，对设备进行加热至34℃、加压至8MPa，使其中的超临界溶剂超过该物质的临界温度、和临界压力，形成临界流体。具体操作过程中，先通过增加超临界容器内部压力，对内部气体进行压缩，再通过温度和压力的持续改变，使其连续的转化为超临界流体，由于气体是连续的变化过程，且前期内部为高压状态，从而避免了因为气体过快液相化而导致液相或超临界相的超临界溶剂不能很好的浸入分子间隙。此过程浸润效果好，超临界流体能很好的浸入溶剂纳米介孔材料聚合体间隙和纳米介孔材料间隙中。

经过高温高压处理后的超临界流体从容器流出口流出，并使超临界流体发生冲击作用，同时流体受到压力迅速变小，超临界流体迅速膨胀。该过程主要作用在于：由于超临界流体在容器内时已经浸入介孔材料的孔隙中，在冲击过程中以及超临界流体发生膨胀作用时，会对介孔材料产生破碎与分散作用，可以让介孔材料得到充分分散，并与水充分结合，形成稳定的纳米介孔材料水溶液。纳米介孔材料水溶液通过收集器获得，而超临界流体由于外界条件变化迅速气化，通过回收装置收集、压缩储存留待下一次使用。

针对获得的纳米介孔材料水溶液通过蒸馏等手段进行浓度的调节，获得溶质质量约50%的纳米介孔水溶液。

以上仅为本发明较佳的实施例，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明说明书内容所作的等效变化与装饰，皆应属于本发明覆盖的范围内。

Claims

1.一种纳米介孔材料溶液，其中溶质均匀分散在溶剂中，其特征在于：所述溶质为纳米氧化物和CaCO₃的混合介孔材料，利用超临界流体技术分散于所述溶剂中，所述溶剂为水或有机溶剂；1000mL所述溶剂中添加所述混合介孔材料10～50g；

所述的纳米氧化物为孔径为10nm～50nm的SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、P₂O₅和ZrO₂；

所述混合介孔材料中各组分质量占比为：SiO₂占50-60%、TiO₂占8-12%、Al₂O₃占8-12%、Fe₂O₃占5-7%、FeO占2-5%、MnO占1-2%、MgO占1-2%、CaO占1-2%、Na₂O占5-7%、K₂O占3-4%、CaCO₃占2-3%、P₂O₅占1-2%、ZrO₂占1-2%。

2.一种配制纳米介孔材料溶液的方法，其特征在于包含以下步骤：

（a）取纳米氧化物和CaCO₃，根据配方称量并充分混合均匀，形成混合介孔材料；

（b）取水或有机溶剂作为溶剂，往溶剂中缓慢添加所述混合介孔材料，并充分搅拌均匀；

（c）采用超临界流体技术，萃取温度为32-35℃，压力为8-9MPa，低温萃取制备质量百分比为50%的纳米介孔材料溶液；

所述步骤（b）中，所述溶剂取1000ml，添加的所述混合介孔材料为10-50g；

所述步骤（a）中，所述的纳米氧化物为孔径为10nm～50nm的SiO₂、TiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、FeO、MnO、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、P₂O₅和ZrO₂；

所述步骤（a）中，所述混合介孔材料中各组分质量占比为：SiO₂占50-60%、TiO₂占8-12%、Al₂O₃占8-12%、Fe₂O₃占5-7%、FeO占2-5%、MnO占1-2%、MgO占1-2%、CaO占1-2%、Na₂O占5-7%、K₂O占3-4%、CaCO₃占2-3%、P₂O₅占1-2%、ZrO₂占1-2%。