CN110697789A - 一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 - Google Patents
一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110697789A CN110697789A CN201911105108.6A CN201911105108A CN110697789A CN 110697789 A CN110697789 A CN 110697789A CN 201911105108 A CN201911105108 A CN 201911105108A CN 110697789 A CN110697789 A CN 110697789A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- type magnetic
- spinel type
- ethanol
- ferric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 239000011029 spinel Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 18
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 18
- 238000000352 supercritical drying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000000499 gel Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 9
- 239000011240 wet gel Substances 0.000 claims description 9
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 229940044631 ferric chloride hexahydrate Drugs 0.000 claims description 8
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 150000002924 oxiranes Chemical class 0.000 claims description 6
- GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N Propylene oxide Chemical compound CC1CO1 GOOHAUXETOMSMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate;nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SZQUEWJRBJDHSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L zinc dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Zn+2] JIAARYAFYJHUJI-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- RBACIKXCRWGCBB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Epoxybutane Chemical compound CCC1CO1 RBACIKXCRWGCBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L cobalt chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Co+2] GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 229940032296 ferric chloride Drugs 0.000 claims description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- CNFDGXZLMLFIJV-UHFFFAOYSA-L manganese(II) chloride tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Mn+2] CNFDGXZLMLFIJV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L nickel chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Ni+2] LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- XPQLSPLHFOBRKB-UHFFFAOYSA-N O.O.O.O.O.O.O.O.O.[N+](=O)([O-])[O-].[Mg+2].[N+](=O)([O-])[O-] Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[N+](=O)([O-])[O-].[Mg+2].[N+](=O)([O-])[O-] XPQLSPLHFOBRKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 claims description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 claims 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 abstract 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000007783 nanoporous material Substances 0.000 abstract 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 229910001308 Zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 6
- WGEATSXPYVGFCC-UHFFFAOYSA-N zinc ferrite Chemical compound O=[Zn].O=[Fe]O[Fe]=O WGEATSXPYVGFCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 5
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 4
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 4
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 238000007146 photocatalysis Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- ICXVJVVYSULERR-UHFFFAOYSA-L dichlorozinc hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.Cl[Zn]Cl ICXVJVVYSULERR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- GJOWSEBTWQNKPC-UHFFFAOYSA-N 3-methyloxiran-2-ol Chemical compound CC1OC1O GJOWSEBTWQNKPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000975 co-precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- HVENHVMWDAPFTH-UHFFFAOYSA-N iron(3+) trinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HVENHVMWDAPFTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000013335 mesoporous material Substances 0.000 description 1
- CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M methylene blue Chemical compound [Cl-].C1=CC(N(C)C)=CC2=[S+]C3=CC(N(C)C)=CC=C3N=C21 CXKWCBBOMKCUKX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229960000907 methylthioninium chloride Drugs 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000013033 photocatalytic degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G49/00—Compounds of iron
- C01G49/0018—Mixed oxides or hydroxides
- C01G49/0063—Mixed oxides or hydroxides containing zinc
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
- B01J13/0091—Preparation of aerogels, e.g. xerogels
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B30/00—Compositions for artificial stone, not containing binders
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
- C04B38/0045—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by a process involving the formation of a sol or a gel, e.g. sol-gel or precipitation processes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明属于纳米多孔材料的制备工艺领域，涉及一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法。通过将三价铁盐和二价金属盐进行混合，经水解反应后，引入促凝剂环氧化物，经溶胶‑凝胶和超临界干燥得到尖晶石型磁性气凝胶前驱体，然后在马弗炉下进行空气热处理，从而最终制备出一种尖晶石型磁性气凝胶材料。本发明具有用料低廉和工艺便捷的优点，同时能耗低，工艺简单，容易实现规模生产。
Description
技术领域
本发明属于气凝胶材料的制备工艺领域，具体涉及一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法。
背景技术
近年来，铁酸锌、铁酸锡和铁酸锰等尖晶石型光催化剂，因其拥有强磁性而具备的可回收性、可见光吸收下的光活性、无毒、环保以及相对较低的成本而得到广泛关注，广泛应用于光催化、电化学、磁数据存储、医疗、水源治理等领域。当前制备尖晶石材料主要有固相法和湿化学方法，同时不同的制备方法可以制备出不同粒径、不同形貌的尖晶石材料，如纳米颗粒、纳米棒、纳米线等结构的铁酸锌。其中，传统的固相法需要更高的热处理温度、更长的反应时间，能耗较高，并且晶粒尺寸很容易长大。而湿化学方法主要包括共沉淀法、喷涂法、冷冻干燥法、水热法、乳液法、溶胶-凝胶法等等。其中溶胶-凝胶法由于具备反应温度低、制备的材料纯度高、材料比表面积大、孔径分布集中等特点，因此被广泛使用。
气凝胶作为一种具备三维纳米多孔结构的轻质多孔材料，具有低密度、高比表面积、高孔隙率等特点，在吸附、催化、隔热和阻抗耦合等方面具备广阔的应用前景。因此将磁性尖晶石型材料制备成多孔气凝胶结构，将会进一步提高尖晶石材料的磁性能、孔结构及光催化性能。当前关于尖晶石磁性材料报道主要集中于尖晶石介孔材料和纳米颗粒，而对于尖晶石型磁性气凝胶的研究主要采用的是气凝胶为多孔基体、磁性粒子为掺杂的设计理念。崔升等人首先以多晶纤维素为原料，以碱脲体系为溶解体系成功制备了纤维素湿凝胶，然后经浸渍-原位沉积在其表面负载磁性铁酸锰纳米粒子，从而制备了磁性铁酸锰/纤维素气凝胶复合材料。该材料比表面积高达288m2/g，同时具备优异的重金属离子吸附能力(63.3mg/g)，但是其饱和磁化强度为18.53emu/g。Sun等人采用真空干燥制备的石墨烯/铁酸锰复合气凝胶纳米材料，其中铁酸锰纳米粒子粒径为15-50nm，该复合材料对于罗丹明B、亚甲基蓝等染料分子具备优异的光催化降解性能，但是该材料的饱和磁化强度最高可到47.7emu/g，磁性有待进一步提高。迄今为止国内外还没有关于合成高磁性尖晶石型气凝胶材料的相关报道。
发明内容
本发明的目的是为了改进现有技术存在的不足而提供一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法，该方法原料和工艺简单，耗能低，结构可控，制备出的气凝胶材料具备低密度、高比表、高磁性、高光催化等特性，对实现气凝胶材料在光催化、电化学、医疗及化学工业等领域的应用具备积极的生产意义。
本发明的技术方案为：一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇均匀混合后，在20～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到二元溶胶体系；
(2)将环氧化物加入到步骤(1)中得到的二元溶胶体系中，在20～40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15～30h；
(3)将步骤(2)放置的凝胶中加入老化液，在20～60℃的烘箱内进行置换；
(4)将步骤(3)得到的湿凝胶进行超临界干燥处理，得到尖晶石型磁性气凝胶前驱体；
(5)将步骤(4)中得到的磁性气凝胶前驱体在马弗炉的空气氛围下进行热处理，最终得到尖晶石型磁性气凝胶；
其中：步骤(1)中的二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇按照1：(1.98～2.02)：(30～120)：(15～45)的摩尔比均匀混合；步骤(2)中的环氧化物与三价铁盐按照摩尔比(3～12)：1进行混合。
优选所述的三价铁盐为六水合氯化铁、九水合硝酸铁或无水氯化铁中的一种或其混合物。
优选所述的二价金属盐为氯化锌、九水合硝酸镁、六水合氯化钴、六水合氯化镍或四水合氯化锰中的一种或其混合物。
优选所述的环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、1，4-二氧六环或环氧丙醇中的一种或其混合物。
优选步骤(3)中置换的次数为3～9次，每次置换时间为8～24h。
优选步骤(3)中所述的老化液为甲醇、正戊醇、乙醇、乙醚或异丙醇中的一种或其混合物。
优选步骤(5)中所述的干燥方法为乙醇或二氧化碳超临界干燥法：乙醇超临界干燥时，反应温度为240～280℃，高压反应釜内压强为8～15MPa，维持该压力2～8h后以2～10L/min的速度泄压；以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～80℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为5～10L/min，干燥时间为8～15h。
优选步骤(5)中所述的热处理温度在300～600℃之间；升温速度为1～10℃/min，热处理保温时间为2～6h。
有益效果：
本发明方法以及由该方法制备的一种尖晶石型磁性气凝胶材料具有如下特点：
(1)工艺简单，低温合成，能耗低。采用一步溶胶-凝胶法，同时引入三价铁盐和二价金属盐，并通过后续的超临界干燥和热处理过程，在300℃的温度下即可反应生成高磁性尖晶石型气凝胶材料。
(2)材料磁性能优越，孔隙率高，比表面积大，颗粒均匀。
(3)本方法中制备的磁性气凝胶材料为完整块体材料，这对于实现气凝胶材料在光催化、电化学、膜分离、医疗及化学工业等领域的应用具备积极的意义。
附图说明
图1是实例1中制得的块状铁酸锌气凝胶材料的实物照片；
图2是实例2铁酸锌气凝胶前驱体在不同温度下的XRD衍射图；
图3是实例5中制得的铁酸锰气凝胶的磁滞回线图。
具体实施方式
实例1
将六水合氯化锌、六水合氯化铁、水、乙醇按照摩尔比1:1.98:30:15均匀混合后，在20℃的温度下均匀搅拌0.5h，得到一个二元溶胶体系。然后将环氧丙烷按与六水合氯化铁摩尔比为3:1加入到上述得到的二元溶胶体系中，在20℃的温度下均匀搅拌0.1h后倒入模具中反应至凝胶，放置15h后加入乙醇老化液，在25℃的烘箱内进行置换3次，每次8h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为40℃，高压反应釜内压强为8MPa，放气速率为5L/min，干燥时间为8h，从而得到尖晶石型磁性气凝胶前驱体。最后将该前驱体气凝胶在马弗炉的空气氛围下进行热处理，其中煅烧温度为300℃，升温速度为2℃/min，热处理时间为2h，从而得到最终的尖晶石型磁性气凝胶材料。制得的块状尖晶石型磁性气凝胶材料的实物照片如图1所示，从图1可以看出，该气凝胶呈现红棕色，质轻，孔隙率高。经过表征发现，该块状尖晶石气凝胶材料的密度为0.09g/cm3，比表面积为273m2/g，晶粒尺寸为6nm，饱和磁化强度为95emu/g。
实例2
将六水合氯化锌、无水氯化铁、水、乙醇按照摩尔比1:2.0:50:40均匀混合后，在30℃的温度下均匀搅拌1h，得到一个二元溶胶体系。然后将环氧乙烷按与六水合硝酸铁摩尔比为5:1加入到上述得到的二元溶胶体系中，在25℃的温度下均匀继续搅拌0.5h后倒入模具中反应至凝胶，放置20h后加入正戊醇老化液，在35℃的烘箱内进行置换5次，每次10h。然后将该湿凝胶进行二氧化碳超临界干燥，其中反应温度为80℃，高压反应釜内压强为10MPa，放气速率为6L/min，干燥时间为10h，从而得到尖晶石磁性气凝胶前驱体。最后将该前驱体气凝胶在马弗炉的空气氛围下进行400℃热处理，升温速度为3℃/min，热处理时间为4h，从而得到最终的尖晶石型磁性气凝胶材料。所制得的尖晶石型磁性气凝胶前驱体分别在200℃、300℃、350℃、400℃热处理下的XRD衍射图如图2所示，从图中可以看出，对于超临界干燥之后的样品，还没有出现完整的铁酸锌相，当热处理达到300℃时，铁酸锌相已经很明显了。经过表征发现，该块状尖晶石气凝胶材料的密度为0.11g/cm3，比表面积为248m2/g，晶粒尺寸为8nm，饱和磁化强度为95emu/g。
实例3
将六水合氯化钴、九水合硝酸铁、水、乙醇按照摩尔比1:1.99:70:20均匀混合后，在35℃的温度下均匀搅拌1.5h，得到一个二元溶胶体系。然后将1，2-环氧丁烷按与九水合硝酸铁摩尔比为6:1加入到上述得到的二元溶胶体系中，在35℃的温度下均匀搅拌1h后倒入模具中反应至凝胶，放置30h后加入乙醇老化液，在40℃的烘箱内进行置换7次，每次12h。然后将该湿凝胶进行乙醇超临界干燥，其中反应温度为240℃，高压反应釜内压强为8MPa，压力保持恒定维持2h后以6L/min的流速泄压，从而得到尖晶石磁性气凝胶前驱体。最后将该前驱体气凝胶在马弗炉的空气氛围下进行热处理，其中煅烧温度为800℃，升温速度为10℃/min，热处理时间为6h，从而得到最终的尖晶石型磁性气凝胶材料。经过表征发现，该块状尖晶石型磁性气凝胶材料的密度为0.08g/cm3，比表面积为326m2/g，晶粒尺寸为11.5nm，饱和磁化强度为89emu/g。
实例4
将六水合二氯化镍、六水合氯化铁、水、乙醇按照摩尔比1:2.01:100:45均匀混合后，在40℃的温度下均匀搅拌2h，得到一个二元溶胶体系。然后将环氧丙醇按与六水合氯化铁摩尔比为8:1加入到上述得到的二元溶胶体系中，在30℃的温度下均匀搅拌0.4h后倒入模具中反应至凝胶，放置15h后加入乙醚老化液，在40℃的烘箱内进行置换9次，每次15h。然后将该湿凝胶进行乙醇超临界干燥，其中反应温度为280℃，高压反应釜内压强为15MPa，压力保持恒定维持5h后以10L/min的流速泄压，从而得到尖晶石气凝胶前驱体。最后将该前驱体气凝胶在马弗炉的空气氛围下进行热处理，其中煅烧温度为500℃，升温速度为5℃/min，热处理时间为3h，从而得到最终的尖晶石型磁性气凝胶材料。经过表征发现，该块状尖晶石气凝胶材料的密度为0.26g/cm3，比表面积为352m2/g，晶粒尺寸为9.3nm，饱和磁化强度为78emu/g。
实例5
将四水合氯化锰、六水合氯化铁、水、乙醇按照摩尔比1:2.02:120:30均匀混合后，在50℃的温度下均匀搅拌4h，得到一个二元溶胶体系。然后1，4-二氧六环按与六水合氯化铁摩尔比为12:1加入到上述得到的二元溶胶体系中，在40℃的温度下均匀搅拌0.2h后倒入模具中反应至凝胶，放置20h后加入异丙醇老化液，在60℃的烘箱内进行置换8次，每次24h。然后将该湿凝胶进行乙醇超临界干燥，其中反应温度为280℃，高压反应釜内压强为12MPa，压力保持恒定维持8h后以2L/min的流速泄压，从而得到尖晶石型磁性气凝胶前驱体。最后将该前驱体气凝胶在马弗炉的空气氛围下进行热处理，其中煅烧温度为300℃，升温速度为2℃/min，热处理时间为5h，从而得到最终的尖晶石型磁性气凝胶材料。所制得的铁酸锰气凝胶的磁滞回线图如图3所示，从图中可以看出，该气凝胶的饱和磁化强度为104emu/g。经过表征发现，该块状尖晶石气凝胶材料的密度为0.37g/cm3，比表面积为535m2/g，晶粒尺寸10nm。
Claims (8)
1.一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法，其具体步骤如下：
(1)将二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇均匀混合后，在20～50℃的温度下均匀搅拌0.5～4h，得到二元溶胶体系；
(2)将环氧化物加入到步骤(1)中得到的二元溶胶体系中，在20～40℃的温度下均匀搅拌至凝胶，放置15～30h；
(3)将步骤(2)放置的凝胶中加入老化液，在20～60℃的烘箱内进行置换；
(4)将步骤(3)得到的湿凝胶进行超临界干燥处理，得到尖晶石型磁性气凝胶前驱体；
(5)将步骤(4)中得到的磁性气凝胶前驱体在马弗炉的空气氛围下进行热处理，最终得到尖晶石型磁性气凝胶；
其中：步骤(1)中的二价金属盐、三价铁盐、水、乙醇按照1：(1.98～2.02)：(30～120)：(15～45)的摩尔比均匀混合；步骤(2)中的环氧化物与三价铁盐按照摩尔比(3～12)：1进行混合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的三价铁盐为六水合氯化铁、九水合硝酸铁或无水氯化铁中的一种或其混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的二价金属盐为氯化锌、九水合硝酸镁、六水合氯化钴、六水合氯化镍或四水合氯化锰中的一种或其混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的环氧化物为环氧乙烷、环氧丙烷、1，2-环氧丁烷、1，4-二氧六环或环氧丙醇中的一种或其混合物。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中置换的次数为3～9次，每次置换时间为8～24h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的老化液为甲醇、正戊醇、乙醇、乙醚或异丙醇中的一种或其混合物。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的干燥方法为乙醇或二氧化碳超临界干燥法：乙醇超临界干燥时，反应温度为240～280℃，高压反应釜内压强为8～15MPa，维持该压力2～8h后以2～10L/min的速度泄压；以二氧化碳作为干燥介质，反应温度为40～80℃，高压反应釜内压强为8～12MPa，放气速率为5～10L/min，干燥时间为8～15h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中所述的热处理温度在300～600℃之间；升温速度为1～10℃/min，热处理保温时间为2～6h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911105108.6A CN110697789A (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911105108.6A CN110697789A (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110697789A true CN110697789A (zh) | 2020-01-17 |
Family
ID=69205140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911105108.6A Pending CN110697789A (zh) | 2019-11-13 | 2019-11-13 | 一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110697789A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112774680A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-11 | 南京工业大学 | 一种铁酸锌-石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
| CN112791727A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-14 | 南京工业大学 | 一种磁性NixZn(1-x)Fe2O4气凝胶的制备方法 |
| CN113275582A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-20 | 南京工业大学 | 一种金属气凝胶电催化材料的制备方法 |
| CN113501547A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-15 | 南京工业大学 | 一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
| CN114160059A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-11 | 南京工业大学 | 一种三元FeCo2MyOx(OH)z负载氧化石墨烯气凝胶材料的制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004050551A1 (en) * | 2002-12-02 | 2004-06-17 | Council Of Scientific And Industrial Research | Rocess for preparing and self-assembling nano-sized binary and ternary oxy/hydroxides |
| CN101224982A (zh) * | 2008-01-30 | 2008-07-23 | 山西大学 | 尖晶石型铁氧体气凝胶及其制备方法 |
| CN104402397A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 南京工业大学 | 耐高温块状SiO2-Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN105854744A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 一种磁性纳米颗粒/SiO2气凝胶及其制备方法以及处理高放废液的方法 |
| CN106478134A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-03-08 | 南京工业大学 | 耐高温低温合成块状尖晶石气凝胶材料的制备方法 |
| CN107416909A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种铁基氧化物气凝胶的制备方法 |
| CN107805064A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-16 | 南京工业大学 | 一种纤维增强耐高温镁铝尖晶石气凝胶的制备方法 |
-
2019
- 2019-11-13 CN CN201911105108.6A patent/CN110697789A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004050551A1 (en) * | 2002-12-02 | 2004-06-17 | Council Of Scientific And Industrial Research | Rocess for preparing and self-assembling nano-sized binary and ternary oxy/hydroxides |
| CN101224982A (zh) * | 2008-01-30 | 2008-07-23 | 山西大学 | 尖晶石型铁氧体气凝胶及其制备方法 |
| CN104402397A (zh) * | 2014-10-28 | 2015-03-11 | 南京工业大学 | 耐高温块状SiO2-Al2O3复合气凝胶隔热材料的制备方法 |
| CN105854744A (zh) * | 2016-05-17 | 2016-08-17 | 浙江大学 | 一种磁性纳米颗粒/SiO2气凝胶及其制备方法以及处理高放废液的方法 |
| CN106478134A (zh) * | 2016-10-10 | 2017-03-08 | 南京工业大学 | 耐高温低温合成块状尖晶石气凝胶材料的制备方法 |
| CN107416909A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种铁基氧化物气凝胶的制备方法 |
| CN107805064A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-03-16 | 南京工业大学 | 一种纤维增强耐高温镁铝尖晶石气凝胶的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAODONG WU ET AL.: "The low temperature fabrication of nanocrystalline MgAl2O4 spinel aerogel by a non-alkoxide sol-gel route", 《MATERIALS LETTERS》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112774680A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-11 | 南京工业大学 | 一种铁酸锌-石墨烯复合气凝胶的制备方法 |
| CN112791727A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-14 | 南京工业大学 | 一种磁性NixZn(1-x)Fe2O4气凝胶的制备方法 |
| CN113275582A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-08-20 | 南京工业大学 | 一种金属气凝胶电催化材料的制备方法 |
| CN113501547A (zh) * | 2021-07-05 | 2021-10-15 | 南京工业大学 | 一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
| CN113501547B (zh) * | 2021-07-05 | 2022-08-30 | 南京工业大学 | 一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 |
| CN114160059A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-11 | 南京工业大学 | 一种三元FeCo2MyOx(OH)z负载氧化石墨烯气凝胶材料的制备方法 |
| CN114160059B (zh) * | 2021-12-03 | 2023-02-14 | 南京工业大学 | 一种三元FeCo2MyOx(OH)z负载氧化石墨烯气凝胶材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110697789A (zh) | 一种尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 | |
| US11345608B2 (en) | Method for prepareing copper-nickel cobaltate nanowire | |
| Wan et al. | Defect engineered mesoporous graphitic carbon nitride modified with AgPd nanoparticles for enhanced photocatalytic hydrogen evolution from formic acid | |
| Liu et al. | Co-Co 3 O 4@ carbon core–shells derived from metal− organic framework nanocrystals as efficient hydrogen evolution catalysts | |
| Liu et al. | Doping high-surface-area mesoporous TiO 2 microspheres with carbonate for visible light hydrogen production | |
| Liu et al. | 2D Ti3C2Tx MXene/MOFs composites derived CoNi bimetallic nanoparticles for enhanced microwave absorption | |
| Gholami et al. | Electrochemical hydrogen storage properties of NiAl2O4/NiO nanostructures using TiO2, SiO2 and graphene by auto-combustion method using green tea extract | |
| Ren et al. | From three‐dimensional flower‐like α‐Ni (OH) 2 nanostructures to hierarchical porous NiO nanoflowers: microwave‐assisted fabrication and supercapacitor properties | |
| Wu et al. | A general approach towards multi-faceted hollow oxide composites using zeolitic imidazolate frameworks | |
| CN103011306B (zh) | 一种制备纳米级立方体状四氧化三钴的方法 | |
| CN103193630B (zh) | Lnnu-1系列纳米mof型多级孔材料及其制备方法 | |
| CN107628648A (zh) | 一种形貌和尺寸可控的氧化铁颗粒的制备方法 | |
| Han et al. | Research progresses in the preparation of Co-based catalyst derived from Co-MOFs and application in the catalytic oxidation reaction | |
| Shao et al. | Programmable synthesis of metal hydroxide/oxide hollow architectures: towards an efficient and robust photocatalyst for water remediation | |
| CN104209514A (zh) | 一种Ni@C或Co@C核壳纳米颗粒的制备方法 | |
| CN108948368B (zh) | 一种快速制备镍基金属有机框架材料的方法 | |
| CN103739020B (zh) | 一种制备多孔性纳米四氧化三铁的方法 | |
| CN106315690A (zh) | 一种多孔四氧化三钴纳米片的制备方法 | |
| Shabbir et al. | Facile synthesis of Er-MOF/Fe2O3 nanocomposite for oxygen evolution reaction | |
| CN113501547B (zh) | 一种氮掺杂石墨烯负载反尖晶石型磁性气凝胶材料的制备方法 | |
| Zagaynov et al. | Investigation of structure and morphology of Cu-Mn-Zr-Ce-O solid solutions | |
| CN114284487A (zh) | 一种多孔金属氧化物及其制备方法和在钠离子电池中的应用 | |
| CN108017047B (zh) | 一种类红毛丹型氮杂中空介孔碳球纳米材料及其制备方法 | |
| Ianasi et al. | Low temperature superparamagnetic nanocomposites obtained by Fe (acac) 3-SiO2-PVA hybrid xerogel thermolysis | |
| CN108640144B (zh) | 一种氧化钇双级纳米球及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200117 |