CN103708523B - 一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料。本发明的技术方案要点为：一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，主要是由以下方法制备而成的，首先制备碳球模板，然后将碳球模板加入到有机酸钙溶液中反应，最后将产物煅烧即制得具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料。本发明的反应在糖类溶液和有机酸钙溶液中进行，条件温和，环境友好，反应成本低，操作简单，制得的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料具有较大的比表面积，在重金属离子去除、药物负载及催化剂等方面具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料。
背景技术
多级复合孔材料是随着多孔材料的发展而产生的一种不同于单一孔材料的新型多孔材料，由于这种复合孔材料具有两种或两种以上不同孔径的孔结构，并且按孔径逐级分布，故而它的各方面性能比较优越，比如它具有较大的比表面积，较高的选择性以及较优良的吸附能力等，从而其应用性更强，涉及到的应用领域有化工、医药、环境保护等，在世界范围内的科学界以及工商界都引起了广泛的重视。多层壳材料以其独特的结构和性能也引起人们越来越多的关注，相比于实心球结构和一般的空心球材料，具备多层空壳结构的物质具有较大的内部空间，从而具备了更大的比表面积，这种结构使它在作为药物、染料、催化剂等的载体方面表现出更加优良的性能，如可具备更大的负载量、更高的催化效率及更多次数的循环性能。另外这种材料在储氢、储能等方面也极具潜力。因此，同时具备多层壳及多级复合孔结构的材料更是现在科研工作者的目标。
但是同时具有多层壳及多级复合孔结构的微纳米材料制备出来的很少，具有这种复合结构的碳酸钙微纳米材料至今未见报道。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种比表面积大、选择性好且吸附性能优良的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料。
本发明的技术方案为：一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，其特征在于是由以下方法制备而成的：（1）碳球模板的合成，取4g葡萄糖溶解于35mL去离子水中，搅拌10min后转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，保持8h，然后自然冷却至室温，离心洗涤后干燥制得碳球模板备用；（2）将0.088-22.420g的有机酸钙溶于去离子水中形成有机酸钙溶液，搅拌的条件下加入0.01-1g步骤（1）制得的碳球模板，继续搅拌2-20min后超声10-50min，30-80℃水浴恒温静置6-8h后离心洗涤，80℃干燥；（3）将步骤（2）所得的产物研磨后，空气气氛下以1℃/min的速率升温至450-500℃煅烧2h，然后自然冷却即制得具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，所述的有机酸钙为乳酸钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙或柠檬酸钙。
本发明所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料的多层壳的层数为2-4层，壳层的厚度为20-100nm。
本发明所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料的多层壳是由2-10nm的小颗粒先堆积形成20-100nm的构筑单元，再由这些构筑单元堆积而形成的，该多层壳具有多级复合孔结构。
本发明具有以下有益效果：（1）反应在糖类溶液和有机酸钙溶液中进行，条件温和，环境友好；（2）反应成本低，操作简单，产物的形貌在一定的程度上可通过反应条件进行调控；（3）制得的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料具有较大的比表面积，在重金属离子去除、药物负载及催化剂等方面具有很好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的产品的透射电图，图2是本发明实施例2制得的产品的透射电镜图，图3是本发明实施例3制得产品的透射电镜图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用；然后将0.088g的醋酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入0.01g碳球模板，继续搅拌5min后超声15min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于40℃水浴恒温静置6h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的醋酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了醋酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至450℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有双层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
实施例2
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用；然后将0.771g的乳酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入0.05g碳球模板，继续搅拌2min后超声20min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于50℃水浴恒温静置6h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的乳酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了乳酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至500℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有三层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
实施例3
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用；然后将2.242g的葡萄糖酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入0.1g碳球模板，继续搅拌10min后超声10min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于30℃水浴恒温静置8h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的葡萄糖酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了葡萄糖酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至470℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有四层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
实施例4
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用；然后将5.706g的柠檬酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入0.2g碳球模板，继续搅拌15min后超声30min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于60℃水浴恒温静置8h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的柠檬酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了柠檬酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至500℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有双层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
实施例5
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用，然后将6.166g的乳酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入0.4g碳球模板，继续搅拌20min后超声15min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于80℃水浴恒温静置7h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的乳酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了乳酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至480℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有三层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
实施例6
首先是碳球模板的制备：将4g葡萄糖溶于35mL去离子水中，充分搅拌溶解后转移至50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，并在此温度下保持8h，冷却后产物离心洗涤，80℃干燥后备用；然后将22.420g的葡萄糖酸钙溶于去离子水中，搅拌下加入1g碳球模板，继续搅拌20min后超声50min以辅助碳球分散，将所得悬浮液于80℃水浴恒温静置7h，之后离心洗涤，尽量洗去没有吸附的葡萄糖酸钙，80℃干燥过夜；煅烧去除模板，将吸附了葡萄糖酸钙的碳球在空气气氛下，以1℃/min的速率升温至450℃，并在此温度下保持2h，自然冷却，即得到具有四层壳及多级复合孔结构的碳酸钙。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (3)
1.一种具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，其特征在于是由以下方法制备而成的：（1）碳球模板的合成，取4g葡萄糖溶解于35mL去离子水中，搅拌10min后转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，以2℃/min的速率升温至180℃，保持8h，然后自然冷却至室温，离心洗涤后干燥制得碳球模板备用；（2）将0.088-22.420g的有机酸钙溶于去离子水中形成有机酸钙溶液，搅拌的条件下加入0.01-1g步骤（1）制得的碳球模板，继续搅拌2-20min后超声10-50min，30-80℃水浴恒温静置6-8h后离心洗涤，80℃干燥；（3）将步骤（2）所得的产物研磨后，空气气氛下以1℃/min的速率升温至450-500℃煅烧2h，然后自然冷却即制得具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，所述的有机酸钙为乳酸钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙或柠檬酸钙。
2.根据权利要求1所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，其特征在于：所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料的多层壳的层数为2-4层，壳层的厚度为20-100nm。
3. 根据权利要求1所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料，其特征在于：所述的具有多层壳及多级复合孔结构的碳酸钙微纳米材料的多层壳是由2-10nm的小颗粒先堆积形成20-100nm的构筑单元，再由这些构筑单元堆积而形成的，该多层壳具有多级复合孔结构。
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