一种2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒的制备方法与流程
本发明属于镁硼酸盐的合成技术领域，具体涉及一种2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒的制备方法。
背景技术：
一维(1D)纳米材料，如纳米棒、纳米线、纳米管和纳米带，因其在介观体系和纳米技术方面具有独特结构和巨大的应用价值，所以其成为近几年来的一个热门话题。镁硼酸盐是重要的含硼物质，由于其具有优良的耐热性、较大的弹性系数、双折射晶体结构、较好的防腐蚀和抗磨性能，所以镁硼酸盐得到了广泛的应用。一系列的方法可用于合成纳米硼酸镁。现阶段我们所知道的有化学气相沉积法、热蒸发方法、流量或超临界法，此类方法的制备温度要求较高，一般需在高于800℃的条件下才能制备。还有一些诸如均匀沉淀-醇溶胶法、溶胶-凝胶法、以及相变合成法。这些方法也会有其自身的局限性，本文的创新点在于我们采用一种新型的合成方法，在较低温度下合成了其它方法所不能合成的具有较小尺寸、形貌均匀单一的纳米短棒。在此，我们不仅在方法上得到了创新，克服了其它方法在制备上一些比如生长条件要求高，生产控制较难等一系列缺点，更重要的是我们所制的纳米短棒粒径更小，生产量也较为可观，在今后的纳米技术中可以得到广泛的应用。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种反应温度较低，具有一维纳米结构的2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒的制备方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案由下述步骤组成：
1、将Mg(NO3)2·6H2O水溶液、油相、表面活性剂混合，形成微乳液A，将NH4HB4O7·3H2O水溶液、油相、表面活性剂混合，形成微乳液B，其中Mg(NO3)2·6H2O水溶液与油相的体积比为1:2～6，NH4HB4O7·3H2O水溶液与油相的体积比为1:2～6，所述的油相是正丁醇与环己烷的体积比为1:6～12的混合物。
2、在搅拌条件下，将微乳液A逐滴加入微乳液B中，其中Mg(NO3)2·6H2O与NH4HB4O7·3H2O的摩尔比为1:0.5～3，用NaOH水溶液调节pH值至8～10后转入反应釜中，在160～200℃下水热反应24～48小时，降至室温，抽滤、洗涤、干燥，得到2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒。
上述步骤1中，优选Mg(NO3)2·6H2O水溶液与油相的体积比为1:4～5，NH4HB4O7·3H2O水溶液与油相的体积比1:4～5，其中所述Mg(NO3)2·6H2O水溶液和NH4HB4O7·3H2O水溶液的浓度优选1～2mol/L，所述油相优选正丁醇与环己烷的体积比为1:8～10的混合物。
上述步骤1中，所述表面活性剂是聚乙二醇10000、聚乙二醇4000、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等中的任意一种，优选表面活性剂与油相的质量-体积比为1g:15～30mL。
上述步骤2中，优选Mg(NO3)2·6H2O与NH4HB4O7·3H2O的摩尔比为1:1～2。
上述步骤2中，进一步优选在180℃下水热反应48小时。
本发明先将Mg(NO3)2·6H2O与NH4HB4O7·3H2O分散于油相中，形成微乳液，然后将两者的微乳液混合，在此体系中，两种互不相溶的连续介质被表面活性剂双亲分子分割成微小空间形成微型反应器，然后采用溶剂热法即可得到具有一维纳米结构的纳米短棒2MgO·B2O3·1.5H2O。本发明制备方法简单，反应温度较低，所得2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒的形貌可控，其直径约为20～35nm、长度约为50～110nm，阻燃性能显著优于非纳米结构。
附图说明
图1是实施例1制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的EDS图。
图2是实施例1和2制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的X-ray粉晶衍射谱。
图3是实施例1和2制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的红外光谱图。
图4是实施例1制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的TG-DTA图。
图5是实施例1制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的SEM图。
图6是实施例2制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的EDS图。
图7是实施例2制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的TG-DTA图。
图8是实施例2制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的SEM图。
图9是实施例3制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的SEM图。
图10是实施例4制备的2MgO·B2O3·1.5H2O的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、将5mL1.5mol/L Mg(NO3)2·6H2O水溶液加入2mL正丁醇、20mL环己烷、1g聚乙二醇10000的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液A；将5mL1.5mol/L NH4HB4O7·3H2O水溶液加入2mL正丁醇、20mL环己烷、1g聚乙二醇10000的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液B。
2、在搅拌条件下，将所得微乳液A逐滴加入微乳液B中，滴加完后搅拌均匀，用NaOH水溶液调节pH值至8后转入反应釜中，将反应釜置于烘箱中在180℃下水热反应48小时，自然降至室温，抽滤，所得产物依次用去离子水、无水乙醇洗涤后，在烘箱中65℃干燥12小时，得到2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒。
所得样品分别采用DX-2700型X-射线粉末衍射仪、Tensor 27型傅里叶变换红外光谱仪、SU8020型冷场发射扫描电镜、Q600型同步TG/DTA热重分析仪分别进行表征，结果见图1～5。
从图1中可以看出，所得样品含有Mg、B、O、Au四种元素，没有其它元素，其中Au来自样品预处理的镀金。如图2中所示，样品峰形及峰位置与2MgO·B2O3·H2O很像，所得样品的主要特征d值为6.294、5.230、3.880、3.232、2.994、2.668、2.428、2.313、2.209、2.083、1.995、其特征晶面间距d值与2MgO·B2O3·H2O的JCPDS卡(File No.33-0859)一致。
图3中样品的峰形及峰位置与2MgO·B2O3·H2O的谱图基本一致，3564cm-1处强吸收峰为O-H的伸缩振动峰；1273cm-1、1212cm-1处吸收峰为B-O-H的面内弯曲振动；1012cm-1和836cm-1处是四配位硼氧键B(4)-O的不对称和对称伸缩振动峰；1403cm-1处吸收峰分别为三配位硼氧键B(3)-O的反对称和对称伸缩振动峰；706cm-1、629cm-1处吸收峰为B(3)-O键的面外弯曲振动峰；1486cm-1和924cm-1处吸收峰分别为三配位硼氧键B(3)-O的反对称和对称伸缩振动峰。
由热重图4可知，样品的TG曲线在温度为30～600℃有一个连续失重段，总的失重为15.41％，在误差允许的范围内，这与2MgO·B2O3·1.5H2O失去1.5个H2O的理论计算值15.24％相吻合；在DTA曲线中，样品在585.03℃左右有较弱的吸热峰，对应于样品中结构水或羟基的脱失。
结合图1～4的分析结果可知，所得样品为2MgO·B2O3·1.5H2O。由图5可见，所得2MgO·B2O3·1.5H2O的形貌为纳米短棒，其直径为20～35nm、长度为50～110nm。
实施例2
本实施例中，将反应釜置于烘箱中在200℃下水热反应48小时，其他步骤与实施例1相同，得到2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒。由图2、3、6、7的表征结果可见，所得样品为2MgO·B2O3·1.5H2O，由图8可见，2MgO·B2O3·1.5H2O的形貌为纳米短棒，其其直径约为20～35nm、长度约为50～110nm。
实施例3
在实施例1的步骤1中，将5mL 1.5mol/L Mg(NO3)2·6H2O水溶液加入2mL正丁醇、20mL环己烷、1g聚乙二醇10000的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液A；将10mL1.5mol/L NH4HB4O7·3H2O水溶液加入2mL正丁醇、20mL环己烷、1g聚乙二醇10000的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液B。其他步骤与实施例1相同，得到2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒(见图9)。
实施例4
在实施例1的步骤1中，将10mL 1.5mol/L Mg(NO3)2·6H2O水溶液加入2mL正丁醇、16mL环己烷、1g十六烷基三甲基溴化铵的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液A；将5mL1.5mol/L NH4HB4O7·3H2O水溶液加入2mL正丁醇、16mL环己烷、1g十六烷基三甲基溴化铵的混合物中，搅拌至溶液澄清，形成微乳液B。其他步骤与实施例1相同，得到2MgO·B2O3·1.5H2O纳米短棒(见图10)。
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