一种多孔碳酸盐及多孔氧化物的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多孔碳酸盐及多孔氧化物的制备方法，选用能形成碳酸盐沉淀的金属离子的含结晶水盐，含结晶水盐为同种金属离子的或不同金属离子的，将结晶水盐加入沉淀剂和造孔剂，将原料混匀，室温研磨5-600分钟，将研磨后的原料取出，静置0.5-24小时，静置之后，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸盐；将多孔碳酸盐焙烧得到多孔氧化物。本发明绿色环保、整个过程均在常压室温下，无需高温高压，生产成本明显降低。
【专利说明】一种多孔碳酸盐及多孔氧化物的制备方法
【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种多孔材料的制备方法，简单易行，绿色环保。
【背景技术】:
[0002]无机多孔材料是一类具有较大的比表面积、低密度、低热导率、高孔隙率等特点的富含孔结构的材料。无机多孔材料对我们的日常生活产生了巨大的直接和间接的影响。无机多孔材料被广泛用作工业催化剂以及催化剂载体、分离剂、吸附剂、保温、绝热、污水和废气处理、过滤液体和气体(甚至细菌)、轻质建筑材料，大气中的NOx化物和二氧化硫等汽车尾气处理、宇宙飞船中消除二氧化碳及水，在农业上可用来改良土壤，还可以用作水泥、橡胶、塑料和造纸工业中的填料和色谱中的固定相等。除了上述间接影响外，无机多孔材料也直接的影响我们的日常生活。例如，沸石分子筛在洗涤剂配方中用作助洗剂。
[0003]天然无机多孔材料中以硅藻土和分子筛(沸石)最具代表性。人工多孔材料名目繁多，既有单一组成的，又有多组分的，用途也各不相同。具有规则孔道结构的无机多孔材料在工业择形催化、主客体组装、光电磁学等高新科技领域有着更优异的应用前景，引起了人们对这类材料相关研究的浓厚兴趣和重视。无机多孔材料孔道的尺寸、形状、以及体积大小的分布直接关系着该材料在特定应用中所具备的能力。近年来，由于有序无机多孔材料的卓越应用性能，创造具有均一大小孔道，均一形状及体积的无机多孔材料的正在稳步增加。同时，随着材料技术的发展，人们对无机多孔材料的功能应用提出了更多要求，开发无机多孔材料的新功能已成为科研工作者的重要任务，无机多孔材料的组装和功能化为此提供了更多发展机会。
[0004]随着工业生产的发展，碳酸盐的用途越来越广泛。采用碳酸盐作为活化剂，活化稻壳，制备出具有介孔结构的高比表面积多孔炭。利用碳酸盐作电解质的燃料电池，工作温度在650°C左右，阴极、阳极电化学反应快，无需贵金属催化剂；由于在较高温度工作，可以对天然气、煤炭气化燃料进行内部重整，直接加以利用，不需要复杂昂贵的外重整设备；另外，燃料转换效率高，余热利用效率也较高。仿生矿化合成制备得的碳酸钙材料相比于普通化学法合成的碳酸钙材料，往往具有很多特殊形貌和优良性能，大量的研究专注于通过分析生物材料的独特性能以及研究有机基质和无机金属离子之间的相互作用来解释碳酸钙的结晶和生长机理。碳酸钡作为重要的钡盐之一同时作为一种重要的基本化工原料，在诸多领域中都有广泛应用，涉及到的比如有玻璃、陶瓷、电子、光学、化工、水净化及三废处理等行业和部门；近年来，随着各行各业的发展，碳酸钡的应用领域也日益扩大，且在不同的使用领域中对碳酸钡的晶体形貌尺寸等的要求也有所不同；为顺应社会的发展需求，碳酸钡工业也正朝着高质量、简单工艺、低能耗的方向发展。
[0005]多孔材料的合成方法很多，有溶胶-凝胶法、水热合成法、沉淀法、化学腐蚀法等合成方法，目前应用最多的是溶胶-凝胶法和水热合成法。溶胶-凝胶法基本过程是采用不同类型的模板剂，以其形成的超分子结构为模板，通过溶胶-凝胶过程，在无机物与有机物之间的界面引导作用下，自组装成孔径分布窄且孔道结构规则有序的多孔材料。水热法是指高温高压下在水(水溶液)或溶剂、蒸汽等流体中进行有关化学反应.通过在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液或其他溶剂作为反应介质，对容器加热，使水或溶剂蒸发后自身创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并重结晶。以上两种方法实验过程复杂，实验条件要求高，生产成本很高。
【发明内容】
:
[0006]本发明的目的是克服上述不足而提供一种多孔碳酸盐及多孔氧化物的制备方法。
[0007]本发明采取的技术方案为:
[0008]一种多孔碳酸盐的制备方法，选用能形成碳酸盐沉淀的金属离子的含结晶水盐，含结晶水盐为同种金属离子的或不同金属离子的，将结晶水盐加入沉淀剂和造孔剂，将原料混匀，室温研磨5-600分钟，将研磨后的原料取出，静置0.5-24小时，静置之后，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸盐。
[0009]所述的能形成碳酸盐沉淀的金属离子包括Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、镧系和锕系元素。
[0010]所述的含结晶水盐优选水合硫酸盐。所述的沉淀剂为碳酸氢铵或碳酸钠。
[0011]所述的含结晶水盐、沉淀剂的摩尔比例为1:0.5-20，优选1:2-10 ;含结晶水盐与造孔剂质量比为1:0.5-100。
[0012]一种多孔氧化物的制备方法，选用能形成碳酸盐沉淀的金属离子的含结晶水盐，含结晶水盐为同种金属离子的或不同金属离子的，将结晶水盐加入沉淀剂和造孔剂，将原料混匀，室温研磨5-600分钟，将研磨后的原料取出，静置0.5-24小时，静置之后，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸盐；将多孔碳酸盐焙烧，焙烧温度100-1500°C，时间0.2-24小时，得到多孔氧化物。
[0013]所述的能形成碳酸盐沉淀的金属离子包括Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、镧系和锕系元素。所述的含结晶水盐优选水合硫酸盐。所述的沉淀剂为碳酸氢铵或碳酸钠。所述的含结晶水盐、沉淀剂的摩尔比例为1:0.5-20，优选1:2-10 ;含结晶水盐与造孔剂质量比为1:
0.5-100。
[0014]本发明的有益效果为:
[0015](I)绿色环保。实验过程实现了零排放，零污染。操作过程对实验操作人员身体无损害，而且实验产品无毒无害。
[0016](2)简单易行。实验步骤包括:称量，混合，研磨，静置，抽滤，烘干。这几个实验步骤是最基本的实验技能，操作简单。
[0017](3)实验环境要求低。整个过程均在常压室温下，无需高温高压，生产成本明显降低。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1为合成的碳酸锌的透射电镜照片，放大倍数为150，000倍，可以看出得到的碳酸锌为均匀的多孔结构。[0019]图2为合成的碳酸锌与纯碱式碳酸锌的XRD对比图，可以看出通过该方法合成得到的为纯碳酸锌。
[0020]图3为将合成的碳酸锌焙烧之后得到的氧化锌的透射电镜照片，放大倍数为80，000倍，可以看出得到的氧化锌也为均匀的多孔结构。
[0021]图4为合成的碳酸锰的透射电镜照片，放大倍数200，000倍，可以看出得到的碳酸锰为均匀的多孔结构。
[0022]图5为合成的碳酸锰的XRD图，可以看出通过该方法合成得到的为纯碳酸锰。
[0023]图6为将合成的碳酸锰焙烧之后得到的氧化锰的透射电镜照片，放大倍数为100, 000倍，可以看出得到的氧化锰也为均匀的多孔结构。
[0024]图7为合成的碳酸锌锰复合物的XRD图，可以看出通过该方法合成得到的为碳酸锰和碳酸锌的混合物。
[0025]图8为合成的碳酸锌锰的透射电镜照片，放大倍数120，000倍，可以看出得到的碳酸锌锰也为均匀的多孔结构。
【具体实施方式】
[0026]下面结合优选的实施例进一步说明。 [0027]实施例1
[0028]按照摩尔比1:2称取七水合硫酸锌与沉淀剂碳酸氢铵，加入七水合硫酸锌质量2倍的造孔剂PEG与之混合均匀，充分研磨40分钟之后静置足够的时间(4小时)，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸锌。将一定量的多孔碳酸锌焙烧，温度600°C，时间2小时，即可得到多孔氧化锌。
[0029]实施例2
[0030]按照摩尔比1: 2称取七水合硫酸锰与沉淀剂碳酸氢铵，加入七水合硫酸锰质量5倍的造孔剂PEG与之混合均匀，充分研磨40分钟之后静置足够的时间(4小时)，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸锌。将一定量的多孔碳酸锰焙烧，温度600°C，时间2小时，即可得到多空氧化锰。
[0031]实施例3
[0032]首先按照摩尔比1: 2称取七水合硫酸锌与硫酸锰的混合物，然后再称取硫酸盐质量4倍的沉淀剂碳酸氢铵，加入适量造孔剂PEG与之混合均匀，充分研磨(40分钟)之后静置足够的时间(4小时)，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸锌与碳酸锰的混合物。
[0033]实施例4
[0034]按照摩尔比1:4称取七水合硫酸锰与沉淀剂碳酸氢铵，加入七水合硫酸锰质量10倍的造孔剂PEG与之混合均匀，充分研磨20分钟之后静置足够的时间(6小时)，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸锌。
[0035]实施例5
[0036]按照摩尔比1:10称取七水合硫酸锌与沉淀剂碳酸氢铵，加入七水合硫酸锌质量7倍的造孔剂PEG与之混合均匀，充分研磨60分钟之后静置足够的时间(7小时)，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸锌。将一定量的多孔碳酸锌焙烧，温度700°C，时间2小时，即可得到多孔氧化锌。
【权利要求】
1.一种多孔碳酸盐的制备方法，其特征是，选用能形成碳酸盐沉淀的金属离子的含结晶水盐，含结晶水盐为同种金属离子的或不同金属离子的，将结晶水盐加入沉淀剂和造孔剂，将原料混匀，室温研磨5-600分钟，将研磨后的原料取出，静置0.5-24小时，静置之后，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸盐。
2.根据权利要求1所述的一种多孔碳酸盐的制备方法，其特征是，所述的能形成碳酸盐沉淀的金属离子包括 Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、镧系和锕系元素。
3.根据权利要求1所述的一种多孔碳酸盐的制备方法，其特征是，所述的含结晶水盐选水合硫酸盐。
4.根据权利要求1所述的一种多孔碳酸盐的制备方法，其特征是，所述的沉淀剂为碳酸氢铵或碳酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种多孔碳酸盐的制备方法，其特征是，所述的含结晶水盐、沉淀剂的摩尔比例为1:0.5-20，含结晶水盐与造孔剂质量比为1:0.5-100。
6.一种多孔氧化物的制备方法，其特征是，选用能形成碳酸盐沉淀的金属离子的含结晶水盐，含结晶水盐为同种金属离子的或不同金属离子的，将结晶水盐加入沉淀剂和造孔剂，将原料混匀，室温研磨5-600分钟，将研磨后的原料取出，静置0.5-24小时，静置之后，取出，抽滤，洗涤除去造孔剂，干燥，得到多孔碳酸盐；将多孔碳酸盐焙烧，焙烧温度100-1500°C，时间0.2-24小时，得到多孔氧化物。
7.根据权利要 求6所述的一种多孔氧化物的制备方法，其特征是，所述的能形成碳酸盐沉淀的金属离子包括 Ba2+、Ca2+、Zn2+、Ge2+、Gr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Co2+、Fe2+、Zr4+、La3+、Sn2+、Ag+、Cd2+、Au+、Pd2+、Ru4+、Sb3+、In3+、Mo3+、镧系和锕系元素。
8.根据权利要求6所述的一种多孔氧化物的制备方法，其特征是，所述的含结晶水盐选水合硫酸盐。
9.根据权利要求6所述的一种多孔氧化物的制备方法，其特征是，所述的沉淀剂为碳酸氢铵或碳酸钠。
10.根据权利要求6所述的一种多孔氧化物的制备方法，其特征是，所述的含结晶水盐、沉淀剂的摩尔比例为1:0.5-20，含结晶水盐与造孔剂质量比为1:0.5-100。
【文档编号】C01G9/00GK103539121SQ201310474082
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】冯金奎, 张瑞寒, 张帆 申请人:山东大学