CN1587209A

CN1587209A - 利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法

Info

Publication number: CN1587209A
Application number: CN 200410054211
Authority: CN
Inventors: 范同祥; 张荻; 刘兆婷
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2004-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2024-09-02
Also published as: CN1257134C

Abstract

一种无机陶瓷材料领的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，步骤如下：1)选择植物材料粉末种类，并将植物材料粉末首先在氨水中浸渍1－24小时脱胶处理后，干燥；2)再将植物材料粉末在金属M的强酸盐的水溶液中浸渍预处理1－24小时后，取出干燥；3)再将步骤2)中处理过的植物材料粉末在氧化气氛中以1－20℃/分钟的升温速度，在200℃－1200℃范围内进行高温处理，保温时间1－10小时后即得到孔径集中分布在2－50nm范围内的金属M的多孔氧化物MxOy分子筛材料，其中：M为金属Ni、Fe、Co、Zn、Al、Ce、Y、Mn、Zr、Cr、La和Ti中的一种，X为1，2，3中的一个，Y为1，2，3，4中的一个。本发明具有成本低廉、来源广泛、工艺简单的特点。

Description

利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法

技术领域

本发明涉及一种无机陶瓷材料领的域多孔材料的制备方法，特别是一种利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法。

背景技术

氧化物材料粉体可以广泛地应用于制造磁性材料、电子元件材料、涂料、陶瓷和玻璃的颜料以及催化剂的原料，并且根据氧化物种类的不同，可以呈现出独特的红外吸收、电磁波屏蔽和吸收、紫外线屏蔽等不同独特的功能和作用。随着氧化物材料制备技术的不断发展和成熟，人们可以制备出不同粒径、不同组分、不同结构的各种类型的氧化物。

经文献检索发现，围绕氧化物的制备方法，有不少文献报道，如中国专利CN1112520A，名称为：“一种超微粒子氧化镍的制备方法”。该专利的技术特点在于将镍盐与碳酸氢铵或碳酸氨混合后，加水、搅拌反应至PH值为6.5-7.5，对浆料进行固液分离，滤渣水洗烘干后在400-1000℃热解。该技术可以得到平均粒径在纳米级粒度均匀的氧化镍粉末，但是该技术得到的氧化镍粉体不具有多孔的特征，同时技术工艺相对复杂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，使制备的氧化物粉体不仅具有多孔特征、密度低，而且可以使其孔径分布集中在某一范围内，同时成本低廉、工艺相对简单。

本发明是通过以下技术方案实现的，方法步骤如下：

1).选择植物材料粉末种类，并将植物材料粉末首先在氨水中浸渍1-24小时脱胶处理后，干燥；

2).再将植物材料粉末在金属M的强酸盐的水溶液中浸渍预处理1-24小时后，取出干燥；

3).再进一步将步骤2)中处理过的植物材料粉末在氧化气氛中以1-20℃/分钟的升温速度，在200-1200℃范围内进行高温处理，保温时间1-10小时后即可得到孔径集中分布在2-50nm范围内的金属M的多孔氧化物MxOy分子筛材料，其中：M为金属Ni、Fe、Co、Zn、Al、Ce、Y、Mn、Zr、Cr、La和Ti中的一种，X为1，2，3中的一个，Y为1，2，3，4中的一个。

步骤1)中，所述的植物材料，指木材、竹子、稻草壳、稻草、谷糠、高梁壳。

步骤2)中，为了提高金属M的强酸盐溶液的浸渍率可以先将步骤1)中解胶处理过的植物材料粉末在非氧条件下250℃-650℃温度范围内，以1-20℃/分钟的升温速度进行处理1-8小时得到植物材料的多孔碳再浸渍金属M的强酸盐水溶液；

步骤2)中，为了提高金属M的强酸盐溶液的浸渍率可以将步骤1)中解胶处理过的植物材料粉末放在加入乙醇的金属M的强酸盐水溶液中浸渍；

步骤2)中，所述的金属M的盐，指金属M的硝酸盐、氯化盐中的一种，尤指硝酸镍[Ni(NO3)2]、硝酸铁[Fe(NO3)3]、硝酸钴[Co(NO3)3]、硝酸锌[Zn(NO3)2]、硝酸铝[Al(NO3)3]、硝酸铈[Ce(NO3)3]、硝酸钇[Y(NO3)3]、硝酸锰[Mn(NO3)2]、硝酸锆[Zr(NO3)2]、硝酸铬[Cr(NO3)3]、硝酸镧[La(NO3)3]，氯化镍[NiCl2]、氯化铁[FeCl3]、氯化亚铁[FeCl2]、氯化钴[CoCl3]、氯化锌[ZnCl2]、氯化铝[AlCl3]、氯化铈[CeCl3]、氯化钇[YCl3]、氯化锰[MnCl2]、氯化锆[ZrCl2]、氯化铬[CrCl3]、氯化镧[LaCl3]、四氯化钛(TiCl4)中的一种；

步骤3)中，所述的金属M的多孔氧化物MxOy，指NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Co3O4、ZnO、Al2O3、CeO2、Y2O3、MnO2、Cr2O3、Cr2O3、La2O3、TiO2中的一种；

步骤3)中，所述的的金属M的多孔氧化物MxOy分子筛材料的孔径集中分布在2-50nm范围内，并且分布在该范围内的孔径占所有孔径的百分比在70％以上。

本发明基于以下原理：天然生体材料，如木质材料—植物结构内部存在大量的孔隙，尤其是存在数量丰富的纳米孔隙，它可以以1nm-100nm不同尺度、以三维、两维、一维或者零维、连续或者非连续等不同形式存在于不同的植物结构中。本发明以植物结构等木质材料中的纳米结构孔隙为模板，遗传其结构，变异其组分，实现组分的变异转化。

本发明通过植物材料的选择、控制工艺以及热分解温度条件，可以获得大部分孔径集中分布在2-500nm范围内的多孔氧化物分子筛材料，同时孔径分布在该范围内可以任意调节。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用成本低廉、来源广泛的植物材料为原料和模板，经过一定条件下金属M的强酸盐的水溶液浸渍处理和氧化烧成处理，即得到成分组成化学式为MxOy的多孔氧化物分子筛材料，工艺简单，选择性范围广，具有密度低、重量轻、孔径分布集中的特点。本发明采用植物材料为模板制备的多孔氧化物分子筛材料可以应用于电磁波吸收材料领域、静电屏蔽、磁性材料领域、电子材料器件以及催化剂载体等不同领域有着良好的应用前景。

具体实施方式

结合本发明的内容提供以下三个实施例：

实施例一

选取干燥木质材料—杉木粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理1小时后干燥，然后再在硝酸镍的水溶液中浸渍1小时后干燥，然后进一步在氧化气氛中以1℃/分钟的升温速度进行高温处理，在200℃保温10小时后即得到孔径主要分布在2nm的多孔氧化镍(NiO)分子筛材料，在100MHZ-1.5GHZ范围内具有良好的电磁波吸收效果。

实施例二

选取干燥木质材料—泡桐粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理12小时后干燥，然后再在硝酸钇[Y(NO3)3]的水溶液中浸渍12小时后干燥，然后进一步在氧化气氛中以10℃/分钟的升温速度进行高温处理，在700℃保温5小时后即得到孔径主要分布在26nm的多孔氧化钇(Y2O3)分子筛材料，在可见光范围内具有良好的吸收效果。

实施例三

选取干燥木质材料—白松粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理24小时后干燥，然后再在硝酸锆[Zr(NO3)2]的水溶液中浸渍24小时后干燥，然后进一步在氧化气氛中以20℃/分钟的升温速度进行高温处理，在1200℃保温1小时后即得到孔径主要分布在50nm的多孔氧化锆(ZrO2)分子筛材料，在紫外线频率范围内具有良好的紫外屏蔽效果。

实施例四

选取干燥木质材料—落叶松粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理1小时后干燥，在非氧条件下以1℃/分钟的升温速度在250℃处理8小时后，然后在氯化锌[ZnCl2]的(水+乙醇)溶液中浸渍1小时后干燥，然后再进一步在氧化气氛中以1℃/分钟的升温速度进行高温处理，在200℃保温10小时后即得到孔径主要分布在2nm的多孔氧化锌(ZnO)分子筛材料，在紫外线范围内具有良好的屏蔽效果。

实施例五：

选取干燥植物材料—竹子粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理12小时后干燥，在非氧条件下以10℃/分钟的升温速度在450℃处理4小时后，然后在氯化镧[LaCl3]的(水+乙醇)溶液中浸渍12小时后干燥，然后再进一步在氧化气氛中以10℃/分钟的升温速度进行高温处理，在700℃保温5小时后即得到孔径主要分布在26nm的多孔氧化镧(La2O3)分子筛材料，在远红外范围内具有良好的吸收效果。

实施例六：

选取干燥植物材料—高梁壳粉末为原材料，并在氨水中浸渍处理24小时后干燥，在非氧条件下以20℃/分钟的升温速度在650℃处理1小时后，然后在氯化铁(FeCl3)的(水+乙醇)溶液中浸渍24小时后干燥，然后再进一步在氧化气氛中以20℃/分钟的升温速度进行高温处理，在1200℃保温1小时后即得到孔径主要分布在50nm的多孔氧化铁(Fe2O3)分子筛材料，在100M-1.5GHZ范围内具有良好的电磁屏蔽效果。

Claims

1、一种利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征在于，方法步骤如下：

3).再进一步将步骤2)中处理过的植物材料粉末在氧化气氛中以1-20℃/分钟的升温速度，在200-1200℃范围内进行高温处理，保温时间1-10小时后即得到孔径集中分布在2-50nm范围内的金属M的多孔氧化物MxOy分子筛材料，

其中：M为金属Ni、Fe、Co、Zn、Al、Ce、Y、Mn、Zr、Cr、La和Ti中的一种，X为1，2，3中的一个，Y为1，2，3，4中的一个。

2、根据权利要求1所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤1)中，所述的植物材料，指木材、竹子、稻草壳、稻草、谷糠、高梁壳。

3、根据权利要求1所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤2)中，为提高金属M的强酸盐溶液的浸渍率，或者先将步骤1)中解胶处理过的植物材料粉末在非氧条件下250℃-650℃温度范围内，以1-20℃/分钟的升温速度进行处理1-8小时得到植物材料的多孔碳再浸渍金属M的强酸盐水溶液；或者将步骤1)中解胶处理过的植物材料粉末放在加入乙醇的金属M的强酸盐水溶液中浸渍。

4、根据权利要求1所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤2)中，所述的金属M的强酸盐，指金属M的硝酸盐、氯化盐中的一种。

5、根据权利要求1或者4所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤2)中，所述的金属M的强酸盐，指硝酸镍Ni(NO3)2、硝酸铁Fe(NO3)3、硝酸钴Co(NO3)3、硝酸锌Zn(NO3)2、硝酸铝Al(NO3)3、硝酸铈Ce(NO3)3、硝酸钇Y(NO3)3、硝酸锰Mn(NO3)2、硝酸锆Zr(NO3)2、硝酸铬Cr(NO3)3、硝酸镧La(NO3)3，氯化镍NiCl2、氯化铁FeCl3、氯化亚铁FeCl2、氯化钴CoCl3、氯化锌ZnCl2、氯化铝AlCl3、氯化铈CeCl3、氯化钇YCl3、氯化锰MnCl2、氯化锆ZrCl2、氯化铬CrCl3、氯化镧LaCl3、四氯化钛TiCl4中的一种。

6、根据权利要求1所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤3)中，所述的金属M的多孔氧化物MxOy，指NiO、Ni2O3、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Co3O4、ZnO、Al2O3、CeO2、Y2O3、MnO2、ZrO2、Cr2O3、La2O3、TiO2中的一种。

7、根据权利要求1所述的利用植物模板制备多孔氧化物分子筛的方法，其特征是，步骤3)中，所述的的金属M的多孔氧化物MxOy分子筛材料的孔径集中分布在2-50nm范围内，并且分布在该范围内的孔径占所有孔径的百分比在70％以上。