CN106745018A - 具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法 - Google Patents
具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，属于纳米材料技术领域；方法为：1)将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得导向剂；将F68溶于去离子水中，得模板剂溶液；2)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴下搅拌，加入盐酸至溶液呈白色溶胶‑乳胶状后，进行晶化；3)将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；4)将干燥的产物，分2段煅烧，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料；本发明的大孔径介孔材料，孔径范围为25～35nm，具有吸收电磁波的性能；本发明制备方法原料易得、工艺简单、条件易控，制备出的介孔材料在大分子吸附分离和石油化工领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法。
背景技术
介孔材料具有高比表面积、连通的孔道结构和较大的孔体积，与传统的微孔材料催化剂相比，反应物分子可以在孔道内部快速传输，更容易接触到反应活性位点，大大提高了催化效率，尤其是反应物分子较大时，介孔材料的大孔径优势可以更好地体现出来。因此，介孔材料被广泛的应用于吸附、分离、催化、药物缓释、化学传感器与能源环境等领域。
硅铝酸盐介孔材料是介孔材料中的重要一类，由于合成方法简单、酸性和结构可调控以及容易功能化等优点，使其在近几年里到了极大的关注与发展，特别是在催化领域。但是，现有方法合成的硅铝酸盐介孔材料的孔径一般在2～10nm左右，这种相对较小的孔径会阻碍大分子反应物扩散到孔道中发生反应，严重限制了硅铝酸盐介孔材料在众多领域中的应用。因而，需要一种工艺简单、成本低廉又行之有效的制备方法，合成大孔径硅铝酸盐介孔材料来解决这一难题。对于硅铝酸盐介孔材料而言，可以通过控制模板剂、硅铝比和晶化条件等来调节孔结构的孔径大小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，本发明制备出的介孔材料由介孔氧化硅骨架和介孔氧化铝骨架搭建构成，材料的酸性、介孔的有序性和孔径大小通过模板剂和硅铝配比调控。该材料具有吸波性能，介孔孔径为25～35nm(大孔径介孔)，制备原料易得、工艺简单，适合工业化生产。
本发明的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠∶偏铝酸钠∶水玻璃∶去离子水＝(0.5～1.1)∶(0.01～1)∶1∶(5～20)；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.01～0.05g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度30～50℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，进行晶化，晶化温度为90～170℃，晶化时间为24～72h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在150～300℃煅烧2～3h后，继续在500～600℃煅烧4～8h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
上述的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法中：
所述F68为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段聚合物。
所述步骤2中，搅拌速率为80～120r/min。
所述步骤2中，导向剂加入F68模板剂溶液后，在水浴和搅拌条件下加入盐酸调节pH直至溶液呈白色溶胶-乳胶状。
所述步骤2中，晶化在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行。
本发明方法制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其孔径为25～35nm。
本发明方法制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
本发明的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，与现有技术相比，有益效果为：
(1)本发明制备的层状硅铝酸盐介孔材料为大孔径介孔材料，孔径范围可达到25～35nm；
(2)本发明制备的层状硅铝酸盐介孔材料具有吸收电磁波的性能；
(3)本发明的制备方法原料易得、工艺简单、条件易控，制备出的介孔材料在大分子吸附分离和石油化工领域具有良好的应用前景。
附图说明
图1本发明实施例1～4的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法的工艺流程图；
图2本发明实施例1制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的氮气吸附-脱附等温线；
图3本发明实施例1制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的扫描电镜图片；
图4本发明实施例1制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的XRD衍射图谱；
图5本发明实施例1制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的电磁参数图；
图6本发明实施例2制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的扫描电镜图片；
图7本发明实施例3制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的扫描电镜图片；
图8本发明实施例4制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的扫描电镜图片。
具体实施方式
以下实施例的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法的工艺流程图如图1所示。
实施例1
一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠∶偏铝酸钠∶水玻璃∶去离子水＝0.97∶0.1∶1∶16；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.04g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度35℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；其中，搅拌速率为100r/min；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，移入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行晶化，晶化温度为130℃，晶化时间为60h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在200℃煅烧2h后，继续在550℃煅烧4h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其扫描电镜图片如图3所示，其孔径为25～35nm；该大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其氮气吸附-脱附等温线如图2所示；其XRD衍射图谱如图4所示；其电磁参数图如图5所示。
实施例2
一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠∶偏铝酸钠∶水玻璃∶去离子水＝1.1∶0.1∶1∶10.6；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.02g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度40℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；其中，搅拌速率为110r/min；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，移入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行晶化，晶化温度为110℃，晶化时间为48h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在200℃煅烧2h后，继续在550℃煅烧5h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其扫描电镜图片如图6所示，其孔径为25～35nm；该大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，
实施例3
一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠∶偏铝酸钠∶水玻璃∶去离子水＝0.88∶0.5∶1∶16；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.03g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度45℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；其中，搅拌速率为90r/min；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，移入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行晶化，晶化温度为90℃，晶化时间为36h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在150℃煅烧2.5h后，继续在550℃煅烧4.5h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其扫描电镜图片如图7所示，其孔径为25～35nm；该大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
实施例4
一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠∶偏铝酸钠∶水玻璃∶去离子水＝0.53∶0.82∶1∶15.2；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.05g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度45℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；其中，搅拌速率为120r/min；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，移入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行晶化，晶化温度为90℃，晶化时间为24h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在200℃煅烧3h后，继续在550℃煅烧4h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
本实施例制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其扫描电镜图片如图8所示，其孔径为25～35nm；该大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
Claims (5)
1.一种具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备导向剂和模板剂，两种无先后顺序：
制备导向剂：将氢氧化钠、偏铝酸钠和水玻璃依次溶于去离子水中，反应得到凝胶状硅铝酸盐，作为导向剂；其中，按摩尔比，氢氧化钠：偏铝酸钠：水玻璃：去离子水＝(0.5～1.1)：(0.01～1)：1：(5～20)；
制备模板剂：将F68溶于去离子水中，配制浓度为0.01～0.05g/mL的模板剂溶液；
步骤2，晶化：
(1)将导向剂加入F68模板剂溶液中，并在水浴温度30～50℃，搅拌的条件下加入盐酸至溶液呈白色溶胶-乳胶状；
(2)将白色溶胶-乳胶状反应液，进行晶化，晶化温度为90～170℃，晶化时间为24～72h；
步骤3，抽滤干燥：
将晶化结束得到的产物，洗涤、抽滤和干燥；
步骤4，煅烧：
将干燥的产物，在150～300℃煅烧2～3h后，继续在500～600℃煅烧4～8h，得到具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料。
2.根据权利要求1所述的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，搅拌速率为80～120r/min。
3.根据权利要求1所述的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，晶化在带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行。
4.根据权利要求1所述的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，其孔径为25～35nm。
5.根据权利要求1所述的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料的制备方法，其特征在于，所述方法制备的具有吸波性能的层状硅铝酸盐大孔径介孔材料，在频率10～16GHz范围对电磁波具有吸收能力。
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