一种硼酸钙一维纳米材料及其制备方法与流程

本发明涉及纳米纤维领域，尤其是一种硼酸钙一维纳米材料及其制备方法。

背景技术：

硼酸钙是一种重要的化工原料，主要广泛应用于光学材料、陶瓷、玻璃、润滑剂、防腐剂、耐磨剂、阻燃剂、等领域。以化学结构硼酸钙可以分为二元二硼酸盐(CaO·B₂O₃·nH₂O)、二元四硼酸、四元六硼酸盐(2CaO·3B₂O₃·nH₂O)、二元六硼酸盐(CaO·3B₂O₃·nH₂O)，他们通常以含结晶水的化合物的形式存在。近年来，由于一维硼酸钙材料优异的物理化学性质，引起了越来越多的研究者的兴趣，部分研究者开展了湿法制备硼酸钙纳米材料的研究。如专利CN105821476A公开了一种高 长径比水合及无水硼酸钙纳米晶须的温和水热-热转化合成方法，他们首先将无机钙化合物与含硼化合物在40-70^oC下混合，然后在50-90^oC的条件下加入无机碱，得到含Ca(OH)₂的前驱物浆液。再将所得产物置于高压反应釜中进行水热反应2-18h，然后洗涤产物得到最终产品。该方法中所述的第一个步骤和第二个步骤均需在加热条件下进行，并且第一步钙化合物与硼化合物混合后得到的是澄清溶液。并且其水热前驱反应液中为Ca(OH)₂。相比较来说，过程较复杂，且物料混合过程中需要加热，不适宜大规模生产中的成本控制。因此发展简单、经济的方法合成大规模均一尺度的硼酸盐纳米材料的技术具有很强的市场价值。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种结构单一，尺寸分布窄、性能稳定的硼酸钙一维纳米材料。

本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述硼酸钙一维纳米材料的制备方法。

一种硼酸钙一维纳米材料，是由钙、硼、氧组成，其特征在于：

所述锶、硼、氧的原子比为2：2：5。

所述的硼酸钙一维纳米材料，其特征在于：

其形貌为一维纤维状。

所述的硼酸钙一维纳米材料，其特征在于：其宽度为200-800纳米，长度为10-20微米。

所述硼酸钙一维纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，先按照0.1-0.5mol/L的硼酸钠水溶液和0.5-3mol/L的钙盐水溶液按摩尔比为1：1-5的比例，将硼酸钠水溶液或钙盐水溶液滴加入搅拌下的对方溶液中，得到白色悬浮液；其中，钙盐水溶液中的钙盐为氯化钙或硝酸钙或醋酸钙；

步骤2，先将氢氧化钠或氢氧化钾或氨水或碳酸钠以与硼的摩尔比为4-10:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于120-280℃下密闭反应至少1-24h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

所述的硼酸钙一维纳米材料的制备方法，其特征在于，使用的水为去离子水，或蒸馏水。

所述的硼酸钙一维纳米材料的制备方法，其特征在于，对悬浮液和反应液的固液分离处理均为离心分离或过滤分离，离心分离时的转速为2000-10000r/min、时间为2-30min。

所述的硼酸钙一维纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的洗涤处理指的是使用去离子水对分离得到的固态物进行2-5次的清洗，清洗时分离固态物为离心分离或过滤分离。

所述的硼酸钙一维纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的干燥处理均为将清洗后的固态物置于20-85℃下烘干或晾干。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的目的产物分别使用X射线衍射仪和扫描电镜进行表征，由其结果可知，目的产物由钙、硼、氧组成，钙、硼、氧的原子比为2：2：5；目的产物的形貌为纤维状，宽度为200-800纳米左右，长度为10-20微米。这种由原子比为2：2：5的钙、硼、氧组成的目的产物，既在发光领域具有了较大的优势，又因其形貌为一维纤维状，而使其极易于作为增强材料使用。

其二，制备方法科学、高效。不仅制得了结构合理，适用于发光领域的目的产物——硼酸钙一维纳米材料，更有着反应时间短的优点。尤为重要的是，在制备目的产物时，先获取非晶相硼酸钙颗粒，再对其使用水热法，工艺简单，适宜大规模生产。

附图说明

图1是对制得的目的产物使用X射线衍射（XRD）仪进行表征的结果，由图1可知，目的产物由Ca₂B₂O₅·H₂O组成；

图2是对制得的目的产物使用扫描电镜进行表征的结果，由图2可知，目的产物由大量宽度在宽度为200-800纳米左右，长度为10-20微米的纤维构成。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

首先从市场购得或自行制得：

硼酸钠水溶液；

作为钙盐的氯化钙、硝酸钙和醋酸钙；

作为水的去离子水和蒸馏水；

作为矿化剂的氢氧化钠或氢氧化钾或氨水或碳酸钠。

接着，

实施例1

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照0.1mol/L的硼酸钠水溶液和0.5mol/L的氯化钙水溶液按摩尔比为1：2的比例，将硼酸钠水溶液滴加入搅拌下的氯化钙水溶液中，得到白色悬浮液；

步骤2，将氢氧化钠以与硼的摩尔比为2:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于150℃下密闭反应至少6h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

实施例2

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照0.2mol/L的硼酸钠水溶液和1mol/L的硝酸钙水溶液按摩尔比为1：3的比例，将硝酸钙滴加入搅拌下硼酸钠水溶液中，得到白色悬浮液；

步骤2，先将氢氧化钾以与硼的摩尔比为6:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于180℃下密闭反应至少2h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

实施例3

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照0.3mol/L的硼酸钠水溶液和1.5mol/L的醋酸钙水溶液按摩尔比为1：4的比例，将硼酸钠水溶液滴加入搅拌下的醋酸钙水溶液的中，得到白色悬浮液；

步骤2，将氨水以与硼的摩尔比为8:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于200℃下密闭反应至少24h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

实施例4

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照0.4mol/L的硼酸钠水溶液和2mol/L的硝酸钙水溶液按摩尔比为1：5的比例，将硝酸钙水溶液滴加入搅拌下的硼酸钠水溶液的中，得到白色悬浮液；

步骤2，将氢氧化钾以与硼的摩尔比为10:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于240℃下密闭反应至少24h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

实施例5

制备的具体步骤为：

步骤1，先按照0.5mol/L的硼酸钠水溶液和2.5mol/L的氯化钙水溶液按摩尔比为1：4的比例，将硼酸钠水溶液滴加入搅拌下的氯化钙水溶液的中，得到白色悬浮液；

步骤2，将碳酸钠以与硼的摩尔比为6:1的比例投入到悬浊液中，再将混合液置于280℃下密闭反应至少12h，得到反应液，对反应液依次进行固液分离、洗涤和干燥的处理后，制得硼酸钙一维纳米材料。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的硼酸钙一维纳米纤维及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。