CN112300606B - 一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法 - Google Patents
一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法,包括以下步骤:步骤一、制备MoS2粉末;步骤二、制备MoS2‑LDH‑BA材料;步骤三、MoS2‑LDH‑BA/PVA复合材料的制备,本发明以MoS2‑LDH‑BA为填料,PVA为基体制备的MoS2‑LDH‑BA/PVA膜材料表现出良好的机械性能和高的H2/CO2筛选性,且制备的MoS2‑LDH‑BA表现出比纯LDH更加良好的兼容性,且MoS2‑LDH‑BA具有更好的热稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及新型材料制备技术领域,具体的说是一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法。
背景技术
层状双氢氧化合物(LDH),俗称水滑石,是指某一类特殊的层状物质,这种层状材料是由数层带正电荷的层与存在其中间平衡电荷的阴离子组成;LDH的层表面还富含大量的羟基,但同时LDH表面也缺乏其它活性基团,且LDH片层的骨架结构坚硬,使LDH与高分子材料的兼容性较低,难以作为填料与高分子材料结合制备出理想的复合材料。为了提高LDH的兼容性,一种有吸引力的方法是利用LDH片层表面的羟基与其它材料结合,实现修饰LDH的目的,从而在LDH片层表面引入结合材料的活性基团,获得具有特殊功能的材料修饰LDH片层。新材料修饰LDH片层更易与高分子材料结合制备出理想的复合材料,所制得的复合材料表现出优于纯高分子材料的机械、光学和热性能等,以及成为具有特殊应用的新型功能型复合材料。
目前,利用二硫化钼(MoS2)和硼酸(BA)双修饰LDH片层,从而得到新型功能材料的制备仍未见报道。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法,避免了LDH表面缺乏活性基团、骨架坚硬的弊端,使得到的新型MoS2-LDH-BA与高分子材料之间具有良好的兼容性。
本发明通过以下技术方案来实现:
一种二硫化钼和硼酸双修饰的层状双氢氧化物的制备方法,包括以下步骤:
步骤一、制备MoS2粉末,备用;
步骤二、制备MoS2-LDH-BA材料;
(1)将合成层状双金属氢氧化物(LDH)的原料加入蒸馏水中配制成50 ml溶液A,将溶液A超声处理0.5~1h;
(2)将步骤一制备的MoS2粉末加入蒸馏水中配制成50 ml溶液B,将溶液B超声处理0.5~1h;
(3)将硼酸加入蒸馏水中配制成50 ml溶液C,将溶液C超声处理0.5~1h;
(4)将溶液A、溶液B、溶液C混合,并超声处理0.5~1h,再机械搅拌9~11 h,再次超声处理0.5 h,得到混合均匀的混合溶液;
(5)将混合溶液转移至衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,在120 ℃的烘箱中水热处理20 h,最后分别用蒸馏水和乙醇过滤产物,室温下干燥得MoS2-LDH-BA粉末;
步骤三、MoS2-LDH-BA/PVA复合材料的制备
①称取1 g PVA颗粒,加入20 ml蒸馏水,在70 ℃下剧烈机械搅拌混合3 h,得均匀混合的PVA溶液;
②称取步骤二制得的10~30 mg MoS2-LDH-BA粉末,加入10 ml蒸馏水,搅拌1 h得均匀混合的MoS2-LDH-BA溶液,将PVA溶液与MoS2-LDH-BA溶液混合,先机械搅拌2 h,再超声处理0.5 h使其充分混合;
③把均匀混合的MoS2-LDH-BA/PVA溶液倾倒在直径为10 cm的培养皿中,在55 ℃的烘箱中干燥48 h,保证溶剂完全蒸发,最终得到MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为1~3%的1~3% MoS2-LDH-BA/PVA的膜材料。
进一步的,所述步骤一中制备MoS2粉末的具体方法为:将钼源和硫源溶解在蒸馏水中得混合液,将所得混合液机械搅拌1h,然后将其转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,160 ºC加热24 h,自然冷却至室温后得黑色固体物,然后将黑色固体物分别用乙醇和蒸馏水交替离心以除去杂质,最后将无杂质的产物在真空烘箱中于60 ºC下干燥10 h,最终获得黑色MoS2粉末。
进一步的,所述钼源为四水合七钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O),所述硫源为硫脲(NH2CSNH2)。
进一步的,步骤二中合成层状双金属氢氧化物的原料为:Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和尿素。
本发明的有益效果在于:
(1)MoS2具有典型的分层结构,易剥落成单层或几层的石墨烯状薄片。分层的MoS2对环境条件敏感,MoS2不能显着改变聚合物基质的机械性能。但MoS2可用来修饰LDH片层,使LDH具有更好的兼容性,扩展LDH的应用范围;BA是一种白色粉末状结晶的无机物,化学式为H3BO3,常用来改善复合材料的热稳定性和机械性能等。BA在水中以硼酸根离子的形式存在,硼酸根离子易于羟基键合。因此,可使BA与LDH 上的羟基键合,从而在LDH上继续引入硼酸根离子以进一步扩展LDH的兼容性;
(2)本发明以MoS2-LDH-BA为填料,PVA为基体制备的MoS2-LDH-BA/PVA膜材料表现出良好的机械性能和高的H2/CO2筛选性,且制备的MoS2-LDH-BA表现出比纯LDH更加良好的兼容性,且MoS2-LDH-BA具有更好的热稳定性;
(3)本发明制备MoS2-LDH-BA材料及MoS2-LDH-BA/PVA复合材料过程节能环保,符合绿色化学理念,传统分离膜材料的制备过程繁琐、耗时且有一定危险性,本发明MoS2-LDH-BA/PVA膜材料制备步骤简短、耗时少、无危险。
附图说明
图1是本发明制备的MoS2-LDH-BA材料的SEM图;
图2为本发明实施例2所制得的膜材料照片;
图3为本发明实施例2所制得的膜材料的卷曲照片;
图4为本发明所制备膜材料的透光率曲线。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1:
制备MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为1%的膜材料
称取1 g聚乙烯醇(PVA)颗粒,加入20 ml蒸馏水,70 ℃下剧烈机械搅拌混合3 h,得均匀混合的PVA溶液。称取10 mg MoS2-LDH-BA粉末,加入10 ml蒸馏水,搅拌1 h得均匀混合的MoS2-LDH-BA溶液。混合以上两溶液,先机械搅拌2 h,再超声处理0.5 h使其充分混合。将均匀混合的MoS2-LDH-BA/PVA溶液倾倒在直径为10 cm的培养皿中,55 ℃的烘箱中干燥48 h,保证溶剂完全蒸发,最终得到MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为1%的 1% MoS2-LDH-BA/PVA的膜材料;
其中制备MoS2-LDH-BA材料的方法为:将0.01 mol(2.564 g)的Mg(NO3)2·6H2O、0.05 mol(1.876 g)Al(NO3)3·9H2O和0.05 mol(3.004 g)尿素加入蒸馏水中配制成50 ml溶液A,超声处理1 h。将60 mg MoS2粉末加入蒸馏水中配制成50 ml溶液B,将溶液B超声处理1 h,将60 mg硼酸加入蒸馏水中配制成50 ml溶液C,将溶液C超声处理1 h。然后混合溶液A、溶液B和溶液C,超声处理0.5 h,接着机械搅拌10 h,再次超声处理0.5 h,之后转移至衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,120 ℃的烘箱中水热处理20 h。最后用蒸馏水和乙醇过滤产物,室温下干燥得MoS2-LDH-BA粉末;
其中MoS2粉末的制备方法为:以四水合七钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O)和硫脲(NH2CSNH2)作为Mo和S的来源。0.6 g的(NH4)6Mo7O24·4H2O和0.8 g的NH2CSNH2溶解在80 mL蒸馏水中得混合溶液。将所得混合溶液机械搅拌1h,然后将其转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,160 ºC加热24 h。自然冷却至室温后得黑色固体物。然后,将黑色固体物用乙醇和蒸馏水交替离心几次以除去杂质。最后,将无杂质的产物在真空烘箱中于60 ºC下干燥10 h,最终获得黑色MoS2粉末。
实施例2:制备MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为2%的膜材料
2% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料的制备方法同实施例1,其中PVA颗粒的用量为1 g,MoS2-LDH-BA粉末的用量为20 mg,最终得2% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料。
实施例3:制备MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为3%的膜材料
3% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料的制备方法同实施例1,其中PVA颗粒的用量为1 g,MoS2-LDH-BA粉末的用量为30 mg,最终得3% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料。
实施例4:制备MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为0%的膜材料,即纯PVA膜材料
纯PVA膜材料的制备方法同实施例1,其中PVA颗粒的用量为1 g,不添加MoS2-LDH-BA粉末,最终得纯PVA膜材料。
由表1可知,MoS2-LDH-BA的加入可以明显改善膜材料的机械性能,当MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为2%时,2% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料的机械性能最佳,拉伸强度为81.1 MPa,模量为1534 MPa,断裂伸长率为106.3%。如表1所示本发明以MoS2-LDH-BA为填料进而制备的MoS2-LDH-BA/PVA膜材料具有优异的H2/CO2筛选能力,2% MoS2-LDH-BA/PVA膜材料的对H2/CO2的筛选能力为54.7,优于大部分文献中报道的膜材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点,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,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内,本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种MoS2-LDH-BA/PVA复合膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
步骤一、制备MoS2粉末,备用;
步骤二、制备MoS2-LDH-BA材料;
(1)将合成层状双金属氢氧化物(LDH)的原料加入蒸馏水中配制成50 ml溶液A,将溶液A超声处理0.5~1h;
(2)将步骤一制备的MoS2粉末加入蒸馏水中配制成50 ml溶液B,将溶液B超声处理0.5~1h;
(3)将硼酸加入蒸馏水中配制成50 ml溶液C,将溶液C超声处理0.5~1h;
(4)将溶液A、溶液B、溶液C混合,并超声处理0.5~1h,再机械搅拌9~11 h,再次超声处理0.5 h,得到混合均匀的混合溶液;
(5)将混合溶液转移至衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,在120 ℃的烘箱中水热处理20 h,最后分别用蒸馏水和乙醇过滤产物,室温下干燥得MoS2-LDH-BA粉末;
步骤三、MoS2-LDH-BA/PVA复合材料的制备
①称取1 g PVA颗粒,加入20 ml蒸馏水,在70 ℃下剧烈机械搅拌混合3 h,得均匀混合的PVA溶液;
②称取步骤二制得的10~30 mg MoS2-LDH-BA粉末,加入10 ml蒸馏水,搅拌1 h得均匀混合的MoS2-LDH-BA溶液,将PVA溶液与MoS2-LDH-BA溶液混合,先机械搅拌2 h,再超声处理0.5h使其充分混合;
③把均匀混合的MoS2-LDH-BA/PVA溶液倾倒在直径为10 cm的培养皿中,在55 ℃的烘箱中干燥48 h,保证溶剂完全蒸发,最终得到MoS2-LDH-BA填料占PVA基体质量比为1~3%的MoS2-LDH-BA/PVA的膜材料。
2.根据权利要求1所述的一种MoS2-LDH-BA/PVA复合膜的制备方法,其特征在于:所述步骤一中制备MoS2粉末的具体方法为:将钼源和硫源溶解在蒸馏水中得混合液,将所得混合液机械搅拌1h,然后将其转移到衬有特氟龙的不锈钢高压釜中密封,160 ºC加热24 h,自然冷却至室温后得黑色固体物,然后将黑色固体物分别用乙醇和蒸馏水交替离心以除去杂质,最后将无杂质的产物在真空烘箱中于60 ºC下干燥10 h,最终获得黑色MoS2粉末。
3.根据权利要求2所述的一种MoS2-LDH-BA/PVA复合膜的制备方法,其特征在于:所述钼源为四水合七钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O),所述硫源为硫脲(NH2CSNH2)。
4.根据权利要求1所述的一种MoS2-LDH-BA/PVA复合膜的制备方法,其特征在于:步骤二中合成层状双金属氢氧化物的原料为:Mg(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O和尿素。
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