CN114408950B - 一种负载型高分散纳米氧化镁及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种负载型高分散纳米氧化镁及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：对废弃树脂进行炭化处理，得到炭小球材料；将得到的炭小球材料、镁源、分散剂、抗静电剂和溶剂混合后进行干燥，得到复合材料；将得到的复合材料与碱性物质混合后进行活化，得到负载型高分散纳米氧化镁材料；所述制备方法通过优化炭小球材料的制备过程，提高了炭小球材料的孔道丰富度，同时引入分散剂和抗静电剂，保证纳米氧化镁的尺寸，使其不易聚集和因高温而烧结，提升了纳米氧化镁的分散性能；所述制备方法环境友好、流程简单、经济效益高，适用于工业化生产。

Description

一种负载型高分散纳米氧化镁及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，涉及一种负载型纳米氧化镁及其制备方法和应用，具体涉及一种负载型高分散纳米氧化镁及其制备方法和应用。
背景技术
氧化镁作为一类典型的碱土金属氧化物，近年在高级润滑油、食品、医药、硅钢等领域受到越来越多的关注和应用。在众多氧化镁材料中，纳米氧化镁具有比普通氧化镁更优异的耐高温性、导热性和电绝缘性等优点，同时考虑到纳米材料的小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，使得纳米氧化镁具有特殊的光学、电磁学、热学和机械性能。目前常用的纳米氧化镁制备方法包括共沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法、电化学法等，但是这些方法均存在一些技术问题，主要包括：(1)制备的纳米氧化镁粒径一般在20～100nm，使用过程中容易聚集，影响效率；(2)制备的纳米氧化镁通常以无定型形式存在，限制了其使用领域，同时难以回收利用；(3)现有制备过程流程复杂，对实验设备等要求高，难以实现工业化大规模生产。因此，很有必要开发一种能够克服以上缺点的高分散纳米氧化镁材料的制备方法。
CN113244886A公开了一种负载有纳米氧化镁的生物炭复合材料及其制备方法和应用，通过将生物炭材料浸泡在由氨水和氯化镁溶液混合制得的纳米氢氧化镁浸渍液中，再经高温分解后形成纳米氧化镁能均匀分布的负载有纳米氧化镁的生物炭复合材料。
CN110652961A公开了一种氧化镁多孔纳米材料负载活性炭碳纤维毡的制备方法，包括如下步骤：A、活性炭纤维毡的活化处理：首先将活性炭纤维毡使用清水洗涤数次，然后将其浸没于装水的密闭容器中，在一定温度下活化处理一定时间，取出、低温烘干，即得到活化处理后的活性炭纤维毡；B、氧化镁前驱体在活性炭纤维毡上的负载：将氢氧根缓释剂和镁盐溶解在去离子水中形成一定浓度的透明溶液，将步骤A中处理后的活性炭纤维毡浸入透明溶液中至一定时间后取出，放入高压釜中，高温反应一定时间后取出，使用清水反复清洗多次，然后低温烘干之后即得到碱式碳酸镁纳米片负载的活性炭纤维毡；C、氧化镁多孔纳米片负载的活性炭纤维毡的制备：将步骤B中处理制得的活性炭纤维毡放入马弗炉中，在保护气及或真空环境下退火一定时间，即可获得氧化镁多孔纳米片负载的活性炭纤维毡，氧化镁负载量超过40％。
上述方法制备得到的复合材料中，对负载基体孔道结构的提升有限，从而导致纳米氧化镁的分散性较差，因此，如何提供一种可提升负载基体性能的同时保证纳米氧化镁的尺寸与分散性的制备方法，成为当前亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种负载型高分散纳米氧化镁及其制备方法和应用，所述制备方法通过优化炭小球材料的制备过程，提高了炭小球材料的孔道丰富度，同时引入分散剂和抗静电剂，保证了纳米氧化镁的尺寸，使其不易聚集和因高温而烧结，提升了纳米氧化镁的分散性能；所述制备方法环境友好、流程简单、经济效益高，适用于工业化生产。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种负载型高分散纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对废弃树脂进行炭化处理，得到炭小球材料；
(2)将步骤(1)得到的炭小球材料、镁源、分散剂、抗静电剂和溶剂混合后进行干燥，得到复合材料；
(3)将步骤(2)得到的复合材料与碱性物质混合后进行活化，得到负载型高分散纳米氧化镁材料。
本发明中，所述制备方法改变了传统的炭小球制备方法(炭化处理+活化处理)，仅是将废弃树脂进行炭化处理制备得到炭小球材料，其活化处理步骤则是与制备负载型高分散纳米氧化镁材料的焙烧步骤相结合，减少了一次焙烧步骤，此种优化方法不仅保证了炭小球材料孔道结构的丰富度，还降低了炭小球材料在高温焙烧中的损耗，简化了工艺步骤，节约了生产成本，有利于工业生产。
此外，所述制备方法采用工业废树脂为原料制备炭小球材料，实现了废物的再利用同时有利于环境保护，且孔道结构丰富的炭小球材料作为载体，有利于发挥其吸附性能，此外，炭小球载体可实现再生利用，节约成本；另一方面，所述制备方法进行负载操作时，利用分散剂以及抗静电剂强分散特性和阻聚性能，可实现纳米镁颗粒的高分散；所述制备方法反应条件温和，流程可控，有利于工业化生产。
本发明中，炭小球材料中具有多级孔道结构，包括大孔、介孔和微孔等。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述废弃树脂为苯乙烯系大孔强酸阳离子催化树脂。
优选地，步骤(1)所述废弃树脂的颗粒尺寸为0.87～1.25mm，例如0.87mm、0.90mm、0.95mm、1.00mm、1.05mm、1.10mm、1.15mm、1.20mm或1.25mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述废弃树脂进行预处理后再进行炭化处理。
优选地，所述预处理包括依次进行的有机溶剂洗涤、一次水洗、酸洗、二次水洗、三次水洗以及干燥。
优选地，所述有机溶剂洗涤采用的有机溶剂包括石油醚。
本发明中，石油醚的沸程为60～90℃。
优选地，所述酸洗采用的酸溶液包括硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种。
本发明中，酸洗采用的酸溶液浓度可以为30wt％，但不仅限于上述数值。
本发明中，有机溶剂洗涤、一次水洗、酸洗以及二次水洗的方式均是超声清洗，每一项洗涤的时间不少于30min。
优选地，所述二次水洗洗涤至滤液呈中性。
优选地，所述干燥为真空干燥。
优选地，所述真空干燥的温度为70～90℃，例如70℃、75℃、80℃、85℃或90℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述炭化处理在保护性气氛下或真空条件下进行。
优选地，所述保护性气氛包括氮气和/或惰性气体。
优选地，所述炭化处理的温度为600～700℃，例如600℃、620℃、640℃、660℃、680℃或700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，所炭化处理的时间为60～90min，例如60min、65min、70min、75min、80min、85min或90min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述炭小球材料、镁源、分散剂、抗静电剂和溶剂的重量比为(19.8～27.4):(3.97～5.38):(0.19～0.24):(0.05～0.10):40，例如19.8:4:0.21:0.06:40、20.0:4.3:0.19:0.08:40、23:5:0.22:0.10:40或27.4:5.38:0.24:0.09:40等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，分散剂与抗静电剂的加入量均不宜过多。若分散剂或抗静电剂添加量过多，会导致镁源自聚集而非均匀附着于炭小球表面，同时过多的分散剂或抗静电剂不利于在后续活化步骤中去除，影响炭小球的多级孔结构。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述镁源包括四水醋酸镁、硝酸镁或六水氯化镁中的任意一种。
优选地，步骤(2)所述分散剂包括石油磺酸盐。
优选地，所述石油磺酸盐包括石油磺酸钠和/或石油磺酸钾。
优选地，步骤(2)所述抗静电剂包括脂肪胺聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和异构十醇聚氧乙烯醚中的任意一种。
本发明中，脂肪胺聚氧乙烯醚的型号包括AC-1201、AC-1202、AC-1203和AC-1205等；基酚聚氧乙烯醚的型号包括OP-4、OP-7、OP-9和OP-10等；异构十醇聚氧乙烯醚的型号包括E-1003、E-1005以及E-1006等。
优选地，步骤(2)所述溶剂包括乙醇或异丙醇。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述混合的温度为35～45℃，例如35℃、37℃、39℃、41℃、43℃或45℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述混合的过程中进行搅拌。
优选地，所述搅拌的时间为90～120min，例如90min、95min、100min、105min、110min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述干燥为真空干燥。
优选地，所述真空干燥的温度为60～80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述碱性物质与所述复合材料的重量比为(1.9～2.6):1，例如1.9:1、2:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1或2.6:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述碱性物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。
作为本发明优选的技术方案，步骤(3)所述活化采用的气体包括水蒸气。
优选地，步骤(3)所述活化的温度为600～700℃，例如600℃、620℃、640℃、660℃、680℃或700℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(3)所述活化的时间为90～120min，例如90min、95min、100min、105min、110min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明还提供了一种由第一方面所述制备方法制备得到的负载型高分散纳米氧化镁。
第三方面，本发明还提供了第二方面所述负载型高分散纳米氧化镁的应用，所述负载型高分散纳米氧化镁用于催化领域或吸附净化领域。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述制备方法利用废弃树脂制备炭小球材料，实现了工业废树脂的再生利用，符合环保要求；通过优化废弃树脂的处理过程，提高了炭小球材料的孔道丰富度，使炭小球材料的总比表面积达989m2/g以上，微孔比表面积达869m2/g以上，总孔孔体积达0.579cm3/g以上，微孔孔体积达0.511cm3/g以上；
(2)本发明所述制备方法将多级孔结构炭小球作为载体，孔道丰富，有利于发挥其吸附性能，同时炭小球材料可再生利用，节约成本；
(3)本发明所述制备方法通过加入分散剂与抗静电剂的，二者协同发挥作用，提高了纳米氧化镁的分散性，使其在使用过程中不易聚集；
(4)本发明所述制备方法反应条件温和，流程可控，易实现工业化放大生产。
附图说明
图1是本发明实施例1所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图像。
图2是本发明实施例1所得负载型高分散纳米氧化镁的高倍率SEM图像。
图3是本发明实施例2所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图像。
图4是本发明实施例2所得负载型高分散纳米氧化镁的高倍率SEM图像。
图5是本发明实施例3所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图像。
图6是本发明实施例3所得负载型高分散纳米氧化镁的高倍率SEM图像。
图7是本发明实施例1所得负载型高分散纳米氧化镁的高分辨TEM图像。
图8是本发明实施例2所得负载型高分散纳米氧化镁的高分辨TEM图像。
图9是本发明实施例3所得负载型高分散纳米氧化镁的高分辨TEM图像。
图10是本发明对比例1所得负载型高分散纳米氧化镁的高分辨TEM图像。
图11是本发明对比例2所得负载型高分散纳米氧化镁的高分辨TEM图像。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
以下为本发明典型但非限制性实施例：
实施例1：
本实施例提供了一种负载型高分散纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取40.95g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的硫酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，然后将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中在真空条件、650℃下焙烧60min，得到炭小球材料；
(2)分别称取10.16g炭小球材料、2.04g四水醋酸镁、0.10g石油磺酸钠、0.03g脂肪胺聚氧乙烯醚(型号：AC-1202)、20.53g异丙醇，在35℃条件下搅拌90min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(3)称取12.35g KOH与6.50g复合材料混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min；活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到负载型高分散纳米氧化镁材料。
实施例2：
本实施例提供了一种负载型高分散纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取60.05g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的盐酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，然后将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中通氮气并在650℃焙烧60min，得到炭小球材料；
(2)分别称取19.85g炭小球材料、3.90g硝酸镁、0.17g石油磺酸钠、0.07g辛基酚聚氧乙烯醚(型号：OP-7)、28.98g异丙醇，在45℃条件下搅拌120min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(4)称取32.63g NaOH与12.55g复合材料混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min；活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到负载型高分散纳米氧化镁材料。
实施例3：
本实施例提供了一种负载型高分散纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取50.82g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的硝酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中通氮气并在650℃下焙烧60min，得到炭小球材料；
(2)分别称取16.11g炭小球材料、2.76g六水氯化镁、0.14g石油磺酸钾、0.04g异构十醇聚氧乙烯醚(型号：E-1003)、26.85g异丙醇，在43℃条件下搅拌95min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(3)称取29.85g KOH与11.92g复合材料混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min；活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到负载型高分散纳米氧化镁材料。
实施例4：
本实施例提供了一种负载型纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法参照实施例2中的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中石油磺酸钠的重量为0.22g。
实施例5：
本实施例提供了一种负载型纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法参照实施例2中的制备方法，区别仅在于：步骤(2)中辛基酚聚氧乙烯醚(型号：OP-7)的重量为0.11g。
对比例1：
本对比例提供了一种负载型纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取87.13g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的硫酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，然后将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中通氮气并在650℃下焙烧60min，得到炭小球材料；
(2)分别称取21.18g炭小球材料、4.34g四水醋酸镁、0.06g脂肪胺聚氧乙烯醚(型号：AC-1202)、42.36g异丙醇，在35℃条件下搅拌90min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(3)称取22.11g KOH与10.05g复合材料混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min；活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到负载型纳米氧化镁材料。
本对比例未添加分散剂。
对比例2：
本对比例提供了一种负载型纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取35.55g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的硫酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，然后将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中通氮气并在650℃下焙烧60min，得到炭小球材料；
(2)分别称取14.59g炭小球材料、2.92g四水醋酸镁、0.11g石油磺酸钠、23.34g异丙醇，在35℃条件下搅拌90min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(3)称取10.95g KOH与4.76g复合材料混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min；活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到负载型纳米氧化镁材料。
本对比例未添加抗静电剂。
对比例3：
本对比例提供了一种负载型纳米氧化镁的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)称取40.95g粒度范围为0.87～1.25mm的工业废弃大孔阳离子催化树脂，依次置于石油醚(沸程60～90℃)、去离子水、浓度30wt％的硫酸以及去离子水中进行超声处理，每一项清洗时间均为30min，去除各种有机和无机杂质；并用去离子水洗涤至滤液为中性，然后将废弃树脂置于80℃真空烘箱中烘干；
将上述预处理后的废弃树脂置于石英坩埚中，于管式炉中通氮气并在650℃下焙烧60min；炭化结束后称取20.05g炭化料并与40.12g KOH混合均匀，置于镍坩埚中并在管式炉中经水蒸气高温活化，温度为650℃，活化时间90min，活化后利用去离子水洗涤至滤液为中性，烘干，得到炭小球材料；
(2)分别称取10.16g炭小球材料、2.04g四水醋酸镁、0.10g石油磺酸钠、0.03g脂肪胺聚氧乙烯醚(型号：AC-1202)、20.53g异丙醇，在35℃条件下搅拌90min至均匀，将混合料置于60℃真空烘箱中干燥，得到复合材料；
(3)将得到的复合材料置于镍坩埚中并在650℃下焙烧60min，得到负载型纳米氧化镁材料。
利用SEM来表征实施例1-3所得负载型纳米氧化镁材料，其中，实施例1所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图如图1所示，高倍率SEM图如图2所示；实施例2所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图如图3所示，高倍率SEM图如图4所示；实施例3所得负载型高分散纳米氧化镁的低倍率SEM图如图5所示，高倍率SEM图如图6所示；从图1-6中可以看出制备得到的炭小球材料中均具有丰富的孔道结构。
利用TEM来表征实施例1-3和对比例1-2所得负载型纳米氧化镁，其TEM图分别如图7-11所示；从图7-11可以看出实施例1-3中，纳米氧化镁均匀分散在炭小球载体上，纳米氧化镁粒径在1～2nm左右，而从对比例1-2的样品可以看出，氧化镁颗粒粒径明显偏大同时已经出现了烧结聚集现象。经过上述对比可以看出，石油磺酸钠和抗静电剂在维持氧化镁颗粒粒径和抗聚集方面的积极作用。
利用BET来表征实施例1-5和对比例1-3所得负载型纳米氧化镁，测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，实施例1-3采用本发明所述制备方法制得的炭小球材料表面孔道结构丰富，总比表面积在1000m2/g左右，微孔比表面积在850～912m2/g，总孔孔体积在0.6cm3/g左右，微孔孔体积在0.50～0.55cm3/g，这表明该多级孔道炭小球材料可以表现出优异的吸附性能，同时可以为纳米氧化镁提供更多的附着位点。
而实施例4-5中分散剂或抗静电剂的加入量过多，过量的分散剂或抗静电剂在活化过程中不易去除完全，同时导致镁源聚集，阻塞孔道结构，从而影响孔道结构的丰富度。
对比例1-2在制备过程中没有加入分散剂或抗静电剂，导致镁源分散不均匀，烧结的较大氧化镁颗粒容易阻塞炭小球孔道，从而导致比表面积和孔体积的下降。
对比例3所制备的炭小球材料因其多了一道次高温焙烧，从表1可看出其大量孔道结构尤其是微孔结构塌陷，这会对所制备材料的催化和吸附性能产生不利影响，同时多出的一次高温焙烧也会影响炭小球材料的收率。
综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述制备方法利用废弃树脂制备炭小球材料，实现了工业废树脂的再生利用，符合环保要求；通过优化废弃树脂的处理过程，提高了炭小球材料的孔道丰富度，使炭小球材料的总比表面积达989m2/g以上，微孔比表面积达869m2/g以上，总孔孔体积达0.579cm3/g以上，微孔孔体积达0.511cm3/g以上；第二方面，所述制备方法将多级孔结构炭小球作为载体，孔道丰富，有利于发挥其吸附性能，同时炭小球材料可再生利用，节约成本；第三方面，所述制备方法通过加入分散剂与抗静电剂的，二者协同发挥作用，提高了纳米氧化镁的分散性，使其在使用过程中不易聚集；第四方面，所述制备方法反应条件温和，流程可控，易实现工业化放大生产。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的产品和详细方法，但本发明并不局限于上述产品和详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述产品和详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明操作的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (31)

1.一种负载型高分散纳米氧化镁的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)对废弃树脂进行炭化处理，得到炭小球材料；
(2)将步骤(1)得到的炭小球材料、镁源、分散剂、抗静电剂和溶剂混合后进行干燥，得到复合材料；
所述炭小球材料、镁源、分散剂、抗静电剂和溶剂的重量比为(19.8～27.4):(3.97～5.38):(0.19～0.24):(0.05～0.10):40；
(3)将步骤(2)得到的复合材料与碱性物质混合后进行活化，得到负载型高分散纳米氧化镁材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述废弃树脂为苯乙烯系大孔强酸阳离子催化树脂。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述废弃树脂的颗粒尺寸为0.87～1.25mm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述废弃树脂进行预处理后再进行炭化处理。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述预处理包括依次进行的有机溶剂洗涤、一次水洗、酸洗、二次水洗、三次水洗以及干燥。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂洗涤采用的有机溶剂包括石油醚。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述酸洗采用的酸溶液包括硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述三次水洗洗涤至滤液呈中性。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥为真空干燥。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为70～90℃。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述炭化处理在保护性气氛下或真空条件下进行。
12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气氛包括氮气和/或惰性气体。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述炭化处理的温度为600～700℃。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所炭化处理的时间为60～90min。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述镁源包括四水醋酸镁、硝酸镁或六水氯化镁中的任意一种。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述分散剂包括石油磺酸盐。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述石油磺酸盐包括石油磺酸钠和/或石油磺酸钾。
18.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述抗静电剂包括脂肪胺聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚和异构十醇聚氧乙烯醚中的任意一种。
19.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述溶剂包括乙醇或异丙醇。
20.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的温度为35～45℃。
21.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合的过程中进行搅拌。
22.根据权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的时间为90～120min。
23.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥为真空干燥。
24.根据权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为60～80℃。
25.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碱性物质与所述复合材料的重量比为(1.9～2.6):1。
26.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碱性物质包括氢氧化钠和/或氢氧化钾。
27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述活化采用的气体包括水蒸气。
28.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述活化的温度为600～700℃。
29.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述活化的时间为90～120min。
30.一种负载型高分散纳米氧化镁，其特征在于，所述负载型高分散纳米氧化镁由权利要求1-29任一项所述的制备方法制备得到。
31.一种如权利要求30所述的负载型高分散纳米氧化镁的应用，其特征在于，所述负载型高分散纳米氧化镁用于催化领域或吸附净化领域。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114950501B (zh) * 2022-07-05 2023-10-24 上海太洋科技有限公司 一种氟化镁复合材料及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101353176A (zh) * 2007-07-26 2009-01-28 郑州大学 一种制备纳米氧化镁的新方法
CN102502588A (zh) * 2011-11-09 2012-06-20 上海理工大学 一种孔径分布可控的中孔炭的制备方法
CN104640622A (zh) * 2012-07-19 2015-05-20 研究三角协会 用于除去二氧化碳的可再生的吸收剂
CN110652961A (zh) * 2019-10-08 2020-01-07 安徽建筑大学 一种氧化镁多孔纳米材料负载活性炭碳纤维毡的制备方法
WO2022013027A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Metal-oxo clusters comprising noble metals and metal cluster units thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101704757B1 (ko) * 2014-11-25 2017-02-08 전남대학교산학협력단 고순도 무기 산화물의 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 고순도 무기 산화물
CN109939728B (zh) * 2018-01-26 2020-08-14 中国科学院大连化学物理研究所 一种负载催化剂及合成气直接转化制低碳烯烃的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101353176A (zh) * 2007-07-26 2009-01-28 郑州大学 一种制备纳米氧化镁的新方法
CN102502588A (zh) * 2011-11-09 2012-06-20 上海理工大学 一种孔径分布可控的中孔炭的制备方法
CN104640622A (zh) * 2012-07-19 2015-05-20 研究三角协会 用于除去二氧化碳的可再生的吸收剂
CN110652961A (zh) * 2019-10-08 2020-01-07 安徽建筑大学 一种氧化镁多孔纳米材料负载活性炭碳纤维毡的制备方法
WO2022013027A1 (en) * 2020-07-16 2022-01-20 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Metal-oxo clusters comprising noble metals and metal cluster units thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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以MgO为模板剂制备纳米中孔炭及其应用研究进展;余谟鑫;范梁威;张晨;何孝军;郑明东;李忠;;材料导报(第03期);全文 *

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