CN111960432A - 一种分子筛的制备方法、分子筛及纳米多孔能量吸收材料 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种分子筛的制备方法、分子筛及纳米多孔能量吸收材料，该制备方法包括：1)将脱除模板剂的分子筛放入水热处理炉中，通入蒸汽进行水热处理；2)将步骤1)得到的物料经离心、洗涤、干燥即得到低温水热处理的分子筛材料；3)将步骤2)得到的分子筛材料置于管式炉中，先通入氮气进行将管道中的氧气置换干净的预处理阶段，再通入氮气和硅烷蒸汽的混合气进行第一阶段硅烷化处理；4)在将步骤3)的第一阶段硅烷化处理处理完后立即降温并停止通气，将管式炉中的混合气封闭进行第二阶段硅烷化处理；5)待第二阶段硅烷化处理后，在管式炉中通氮气吹扫剩余的硅烷化试剂，即得到分子筛。
Description
技术领域
本申请涉及纳米材料技术领域，具体地，本申请涉及一种分子筛的制备方法、分子筛及纳米多孔能量吸收材料。
背景技术
随着经济的发展，人们生活水平的提高，对高质量运动鞋的要求也越来越苛刻，运动不仅在竞技场上如火如荼的演绎，更是渗入大众的业余休闲生活中。现代运动鞋已不只是满足耐用舒适的功用，还要求轻便、耐磨、吸能、不变形、高回弹、材料环保等，从不同运动中寻找运动特点、达到最佳缓震性能和最佳稳定性。
目前运动鞋的鞋底缓震大多使用橡胶、塑料、海绵等，这些材料虽具备一定的柔性，但由于其本身结构的限制，在人体运动过程中，材料受到冲击载荷的作用后地面对人体的冲击力得不到很有效的吸收和转化，不能对脚底起到长时间很好的保护。
专利CN104839932B提供一种缓震舒适的泡泡按摩运动鞋，包括固定连接为一体的鞋帮和鞋底，该鞋底设有容置腔，该容置腔内设有至少一层缓震组，该缓震组由复数个独立设置的呈球形的缓震单元构成。该发明的缓震组的结构设置能够有效增强鞋底缓震性能并有效起到良好的足底按摩的作用，提供持久的运动稳定性能；另外，该发明的缓震组的结构设置能够提供全方位易折功能，而坚固的橡胶外底耐磨耐用并可在各种表面上提供抓地力，具备良好的防滑性能。但该结构在受到冲击作用后对冲击能量不能很有效的吸收和转化，吸能密度较低，导致回弹的冲击力较大。
纳米科技是20世纪80年代末、90年代初发展起来的一种前沿、交叉性的学科领域，近年来得到了迅猛发展。纳米材料已经作为一种新兴材料在材料领域占据了极其重要的地位。纳米多孔材料是纳米材料发展以来的第三代材料，它巨大的比表面积提供了一个理想的能量转换平台。当固体和流体耦合时，该材料巨大的内表面得以被充分利用，使得纳米多孔材料和功能流体的结合成为新型的有巨大潜力的多功能能量转换系统。
目前纳米多孔能量吸收材料领域对纳米多孔材料专业系统的研究较少，通常具有以下缺点：
(1)普遍使用价格便宜、结构简单的分子筛材料；
(2)材料的处理也基本以高温焙烧处理为主，这样得到的纳米多孔材料比表面积和固液界面特性可调范围有限，应用范围存在局限性；
(3)吸能较明显的纳米多孔材料就需要较大的孔容，这样的材料孔径相对也较大，所以吸能主要以单次为主，不能达到多次重复吸能。
发明内容
本申请实施例提供一种分子筛的制备方法、分子筛及纳米多孔能量吸收材料。
本申请实施例采用下述技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种分子筛的制备方法，包括：
1)将脱除模板剂的分子筛放入水热处理炉中，通入蒸汽进行水热处理；
2)将步骤1)得到的物料经离心、洗涤、干燥即得到低温水热处理的分子筛材料；
3)将步骤2)得到的分子筛材料置于管式炉中，先通入氮气进行将管道中的氧气置换干净的预处理阶段，再通入氮气和硅烷蒸汽的混合气进行第一阶段硅烷化处理；
4)在将步骤3)的第一阶段硅烷化处理处理完后立即降温并停止通气，将管式炉中的混合气封闭进行第二阶段硅烷化处理；
5)待第二阶段硅烷化处理后，在管式炉中通氮气吹扫剩余的硅烷化试剂，即得到分子筛。
可选地，所述步骤1)中水热处理的温度范围为100～160℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为2～30小时。
可选地，所述步骤3)中的硅烷化试剂为三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三甲基硅烷咪唑中的至少一种。
可选地，所述步骤3)中氮气流量范围为100～400ml/min。
可选地，所述步骤3)中第一阶段硅烷化处理过程中硅烷蒸汽与氮气的体积比范围为(1:10)～(1:20)，处理温度范围为100～240℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为0.5～3小时。
可选地，所述步骤4)中第二阶段硅烷化处理过程中降温速率不高于1℃/min。
第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面所述制备方法获得的分子筛，所述分子筛包括纳米孔道，所述分子筛的接触角大于135°。
第三方面，本申请实施例提供了一种纳米多孔能量吸收材料，包括功能流体和第二方面所述的分子筛，所述分子筛分散在所述功能流体的表面；
所述纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击的情况下，所述功能流体进入所述分子筛的纳米孔道；所述纳米多孔能量吸收材料在外力消失的情况下，所述分子筛的纳米孔道将所述功能流体排出。
可选地，所述分子筛为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15中的至少一种，所述功能流体为水、乙二醇、丙三醇、润滑油中的至少一种。
可选地，所述分子筛和功能流体的质量比范围为(1:1)～(1：20)。
本申请实施例采用的技术方案能够达到以下有益效果：
本申请实施例提供了一种分子筛的制备方法，包括1)将脱除模板剂的分子筛放入水热处理炉中，通入蒸汽进行水热处理；2)将步骤1)得到的物料经离心、洗涤、干燥即得到低温水热处理的分子筛材料；3)将步骤2)得到的分子筛材料置于管式炉中，先通入氮气进行将管道中的氧气置换干净的预处理阶段，再通入氮气和硅烷蒸汽的混合气进行第一阶段硅烷化处理；4)在将步骤3)的第一阶段硅烷化处理处理完后立即降温并停止通气，将管式炉中的混合气封闭进行第二阶段硅烷化处理；5)待第二阶段硅烷化处理后，在管式炉中通氮气吹扫剩余的硅烷化试剂，即得到分子筛。通过本申请实施例提供的制备方法可以得到疏水性很高的分子筛材料，所述分子筛材料在与功能流体复配后可以得到纳米多孔能量吸收材料，该纳米多孔能量吸收材料具有很高的吸能效果，而且可以重复吸能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种分子筛的制备方法流程图；
图2为本申请实施例提供的一种纳米多孔能量吸收材料的活塞实验曲线图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
以下结合附图，详细说明本申请各个实施例公开的技术方案。
参照图1，本申请实施例提供了一种分子筛的制备方法，包括：
1)将脱除模板剂的分子筛放入水热处理炉中，通入蒸汽进行水热处理；
2)将步骤1)得到的物料经离心、洗涤、干燥即得到低温水热处理的分子筛材料；
3)将步骤2)得到的分子筛材料置于管式炉中，先通入氮气进行将管道中的氧气置换干净的预处理阶段，再通入氮气和硅烷蒸汽的混合气进行第一阶段硅烷化处理；
4)在将步骤3)的第一阶段硅烷化处理处理完后立即降温并停止通气，将管式炉中的混合气封闭进行第二阶段硅烷化处理；
5)待第二阶段硅烷化处理后，在管式炉中通氮气吹扫剩余的硅烷化试剂，即得到分子筛。
具体地，通过本申请实施例提供的制备方法可以得到疏水性很高的分子筛材料，一般接触角可以达到135°甚至更高。所述分子筛材料在与功能流体复配后可以得到纳米多孔能量吸收材料，由于所述分子筛的高疏水性可以让该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
可选地，所述步骤1)中水热处理的温度范围为100～160℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为2～30小时。
可选地，所述步骤3)中的硅烷化试剂为三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三甲基硅烷咪唑中的至少一种。
可选地，所述步骤3)中氮气流量范围为100～400ml/min。
可选地，所述步骤3)中第一阶段硅烷化处理过程中硅烷蒸汽与氮气的体积比范围为(1:10)～(1:20)，处理温度范围为100～240℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为0.5～3小时。
可选地，所述步骤4)中第二阶段硅烷化处理过程中降温速率不高于1℃/min。
本申请实施例还提供了一种所述制备方法获得的分子筛，所述分子筛包括纳米孔道，所述分子筛的接触角大于135°。
具体地，所述分子筛材料在与功能流体复配后可以得到纳米多孔能量吸收材料，由于所述分子筛的高疏水性可以让该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
本申请实施例还提供了一种纳米多孔能量吸收材料，包括功能流体和所述的分子筛，所述分子筛分散在所述功能流体的表面；
所述纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击的情况下，所述功能流体进入所述分子筛的纳米孔道；所述纳米多孔能量吸收材料在外力消失的情况下，所述分子筛的纳米孔道将所述功能流体排出。
具体地，由于所述分子筛具有很高的疏水性，而功能流体可以选用亲水的流体，比如水、乙醇等，所以所述分子筛会分散在所述功能流体的表面。该纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击后，功能流体可以进入到所述分子筛材料的纳米孔道中，但需要克服所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时外部的冲击力便转化为该纳米多孔能量吸收材料的内能，也就可以将外部冲击力有效吸收，达到很好的吸能效果；而在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能。
可选地，所述分子筛为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15中的至少一种，所述功能流体为水、乙二醇、丙三醇、润滑油中的至少一种。
可选地，所述分子筛和功能流体的质量比范围为(1:1)～(1：20)。
将本申请实施例的制备方法获得的分子筛与去离子水功能流体混合获得纳米多孔能量吸收材料的具体实施例，具体如下：
实施例1
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水50g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例2
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水200g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例3
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水500g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
实施例4
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水1000g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例1
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛100g，去离子水50g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例2
该纳米多孔能量吸收材料包括：本申请实施例获得的ZSM-5分子筛50g，去离子水2000g。该ZSM-5分子筛的接触角为145°。
对比例3
该纳米多孔能量吸收材料包括：常规ZSM-5分子筛50g，去离子水1000g。该ZSM-5分子筛的接触角为68°。
对上述实施例1-4和对比例1-3进行活塞实验，具体为：
采用MTS万能试验机，将纳米多孔能量吸收材料倒入液压缸内，压缩活塞使纳米多孔能量吸收材料被压缩。为了尽量避免活塞与液压缸的摩擦力影响，试验机加载采用位移控制方法，加载速度为5mm/min，加载条件可视为拟静力加载。当缸内压强达到200KN时，将试验机以5mm/min的速度卸载，完成一次加卸载实验。重复以上操作三次，得到实验的体积变化与压力变化曲线。
实施例1-4的试验曲线如图2所示，在经历第一次加载和卸载后，出现了140KN左右的吸能平台，这一平台即是功能流体进入到分子筛纳米孔道时的压力平台，这时可以将外部冲击力转化为纳米多孔能量吸收材料的内能，达到很好的吸能效果；另外，在第二次和第三次的加载和卸载后，仍然出现了140KN左右的吸能平台，这一平台同样是功能流体进入到分子筛纳米孔道时的压力平台，这便可以验证在外力去除后，同样由于所述分子筛材料纳米孔道中很高的表面张力，这时所述分子筛材料的纳米孔道中的功能流体会被排出纳米孔道，以便于下一次该纳米多孔能量吸收材料在下一次受到冲击时有效吸能，体现了纳米多孔能量吸收材料的吸能重复性。
而对比例1中相对于实施例1虽然增加了分子筛的质量，但由于去离子水的质量有限，能够进入到分子筛纳米孔道中的去离子水有限，所以对比例1与实施例1的活塞实验曲线相同。
而对比例2中相对于实施例1虽然增加了去离子水的质量，但由于分子筛的纳米孔道体积有限，能够进入到分子筛纳米孔道中的去离子水也就有限，所以对比例2与实施例1的活塞实验曲线相同。
而对比例3中使用了常规的较为亲水的分子筛，在活塞实验中未出现明显的吸能平台，也就达不到很好的吸能效果，更体现不出吸能的重复性。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (10)
1.一种分子筛的制备方法，其特征在于，包括：
1)将脱除模板剂的分子筛放入水热处理炉中，通入蒸汽进行水热处理；
2)将步骤1)得到的物料经离心、洗涤、干燥即得到低温水热处理的分子筛材料；
3)将步骤2)得到的分子筛材料置于管式炉中，先通入氮气进行将管道中的氧气置换干净的预处理阶段，再通入氮气和硅烷蒸汽的混合气进行第一阶段硅烷化处理；
4)在将步骤3)的第一阶段硅烷化处理处理完后立即降温并停止通气，将管式炉中的混合气封闭进行第二阶段硅烷化处理；
5)待第二阶段硅烷化处理后，在管式炉中通氮气吹扫剩余的硅烷化试剂，即得到分子筛。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中水热处理的温度范围为100～160℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为2～30小时。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中的硅烷化试剂为三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、六甲基二硅烷、三甲基硅烷基二乙胺、双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、三甲基硅烷咪唑中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中氮气流量范围为100～400ml/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中第一阶段硅烷化处理过程中硅烷蒸汽与氮气的体积比范围为(1:10)～(1:20)，处理温度范围为100～240℃，处理压力范围为0.1～0.5MPa，处理时间范围为0.5～3小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中第二阶段硅烷化处理过程中降温速率不高于1℃/min。
7.一种权利要求1-6任意一项所述制备方法获得的分子筛，其特征在于，所述分子筛包括纳米孔道，所述分子筛的接触角大于135°。
8.一种纳米多孔能量吸收材料，其特征在于，包括功能流体和权利要求7所述的分子筛，所述分子筛分散在所述功能流体的表面；
所述纳米多孔能量吸收材料在受到外力冲击的情况下，所述功能流体进入所述分子筛的纳米孔道；所述纳米多孔能量吸收材料在外力消失的情况下，所述分子筛的纳米孔道将所述功能流体排出。
9.根据权利要求8所述的纳米多孔能量吸收材料，其特征在于，所述分子筛为ZSM-5、ZSM-22、β、丝光沸石、Y、MCM-41、SBA15中的至少一种，所述功能流体为水、乙二醇、丙三醇、润滑油中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的纳米多孔能量吸收材料，其特征在于，所述分子筛和功能流体的质量比范围为(1:1)～(1：20)。
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