镁金刚烷羧酸盐和氧化物纳米复合物的合成的制作方法

本申请案要求2016年3月17日提交的美国临时申请案第62/309,657号的权利，其以引用的方式并入本文中。本说明书一般涉及镁金刚烃盐、含有来源于所述盐的氧化镁的纳米复合物、包括所述盐或纳米复合物的系统和方法、包括所述盐或纳米复合物的聚合物复合物。缩写℃＝摄氏度＝埃aca＝1-金刚烷羧酸ac＝金刚烷羧酸盐cm＝厘米(10-2米)edx＝能量色散x射线fwhm＝半高全宽h＝小时hrtem＝高分辨率透射电子显微镜ir＝红外线ldh＝层状双氢氧化物μm＝微米(10-6米)ml＝毫升(10-3升)nm＝纳米(10-9米)pxrd＝粉末x射线衍射sem＝扫描电子显微镜tem＝透射电子显微镜tga＝热重分析tmo＝过渡金属氧化物wt.％＝重量百分比
背景技术：
：水镁石是一种天然存在的矿物并且其特征在于羟基离子紧密堆积，其中mg2+离子占据八面体位置的交替层，引起堆积组合物[mg(oh)2]的电荷中性金属氢氧化物板。每个mg2+离子被六个oh-离子以八面体形式包围。八面体共用边缘以形成堆叠的无限层，通过范德瓦尔相互作用(vanderwaal'sinteractions)稳定。这些氢氧化物的潜在开发受到限制，因为这些材料呈现：(1)有限的层间化学；(2)热稳定性低；(3)固定层组合物；(4)没有去角质。尽管存在已知的材料限制，但mg(oh)2在例如催化，吸附和纳米复合物领域中具有许多潜在应用。从催化和吸附的角度来看，mgo应理想地具有高表面积、热稳定性和再现性。在所有二价二价金属氢氧化物中，mg(oh)2具有优于其它氢氧化物的优点，因为(a)其便宜且经济，(b)易于处理和(c)其是环境友好的。材料化学的直接挑战是设计和开发基于α-mg(oh)2/mg(oh)2的盐，其中晶体具有大于1000的大纵横比(长度比厚度)、高热稳定性以及在各种溶剂中形成稳定分散液的能力。因此，非常需要提供基于镁的材料和基于镁的材料的复合物的合成方法，所述基于镁的材料是稳定的或可分散的并且能够控制基于镁的材料的晶体的尺寸、形状和活性，尤其作为反应性mgo的前体。对包括氧化镁/氢氧化镁材料的系统、方法和复合物存在进一步的持续需求。技术实现要素：根据一些实施例，提供制备镁金刚烷羧酸盐的方法。所述方法包括混合镁盐与具有至少一个羧酸部分的金刚烃化合物以形成反应混合物。此外，所述方法包括在反应温度下水热处理反应混合物一段反应时间，以形成镁金刚烷羧酸盐。根据其它实施例，提供一种制备纳米复合物的方法。所述方法包括热分解根据本公开的实施例制备的镁金刚烷羧酸盐以形成纳米复合物。根据其它实施例，提供催化剂系统。催化剂系统包括(a)根据本公开的实施例制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)根据本公开的实施例制备的纳米复合物；或(c)(a)与(b)的混合物。根据其它实施例，提供用于催化至少一种第一反应物与至少一种第二反应物之间的化学反应的方法。所述方法包括在根据本公开的实施例的催化剂系统存在下使至少一种第一反应物与至少一种第二反应物反应。根据其它实施例，提供一种催化反应物分解的方法。所述方法包括在根据本公开的实施例的催化剂系统存在下分解反应物。根据其它实施例，提供聚合物复合物。聚合物复合物包括至少一种聚合物或共聚物和至少一种散布在所述至少一种聚合物或共聚物中的填充剂材料，以形成复合物。所述至少一种填充剂材料选自：(a)根据本公开的实施例制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)根据本公开的实施例制备的纳米复合物；或(c)(a)与(b)的混合物。根据其它实施例，提供一种用于从流体流去除化合物的系统。所述系统包括吸附剂，其选自：(a)根据本公开的实施例制备的镁金刚烷羧酸盐，(b)根据本公开的实施例的纳米复合物，或(c)(a)与(b)的混合物。所述系统还包括容器，其中流体流中的化合物与吸附剂在所述容器中或在所述容器上接触。本说明书中描述的实施例的其它特征和优点将在随后的详细描述中阐述，并且部分地对于所属领域的技术人员来说将从所述描述中显而易见，或者通过实践本说明书中描述的实施例而被认识到，包括以下详细说明、权利要求书以及附图。应理解，前述一般性描述和以下详细描述都描述各种实施例，并且意图提供用于理解所要求的主题的性质和特性的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且附图被并入且构成本说明书的一部分。附图说明本说明书中描述的各种实施例，并且与说明书一起用于解释所要求的主题的原理和操作。附图说明图1是由mg(oh)2和1-金刚烷羧酸(aca)在0.5:1摩尔比的mg2+:aca的情况下形成的镁(0.5)-ac镁金刚烷羧酸盐的粉末x-射线衍射(pxrd)图案。图2是由mg(oh)2和1-金刚烷羧酸(aca)在0.5:1摩尔比的mg2+:aca的情况下形成的镁(0.5)-ac镁金刚烷羧酸盐的红外(ir)谱图。图3包括mg(oh)2、aca和mg(0.5)-ac的堆叠ir谱图。图4包括(a)aca的堆叠热重分析；和(b)mg(0.5)-ac。图5a-5d是根据本说明书的实施例制备的mg(0.5)-ad在各种放大倍数下的sem显微照片。图6a是从胶态悬浮液去除的剥离的mg(0.5)-ac颗粒的选定区域的原子力显微照片。图6b是图6a的显微照片中的峰值力误差的表示。图6c是剥离的颗粒中的高度分布图，沿着图6a中所示的路径测量。图7是mg(oh)2和1-金刚烷羧酸(aca)在1.0:1摩尔比的mg2+:aca的情况下形成的mg(1.0)-ac镁金刚烷盐的pxrd图。*指示水镁石杂质。图8a-8d是根据本说明书的实施例制备的mg(1.0)-ac纳米复合物在各种放大倍数下的sem显微照片。图9是通过热分解mg(0.5)-ac来制备的纳米复合物的pxrd图。图10a-10d是通过热分解mg(0.5)-ac来制备的纳米复合物在各种放大倍数下的sem显微照片。图11a和11b是通过热分解mg(0.5)-ac来制备的纳米复合物在各种放大倍数下的明视场透射电子显微照片。图11c显示通过热分解mg(0.5)-ac来制备的纳米复合物的电子衍射图。图11d显示通过热分解的mg(0.5)-ac来制备的纳米复合物的高倍率hrtem图像。图12是通过热分解mg(1.0)-ac来制备的纳米复合物的pxrd图。图13a-13d是通过热分解mg(1.0)-ac来制备的纳米复合物在各种放大倍数下的sem显微照片。具体实施方式金刚烃和其衍生物已显示在各种应用中的前景，如超分子、石油化学和药物化学。根据本说明书中实施的方法制备的化合物将氧化镁和金刚烃的化学性质结合在一起，以形成合并有镁或氧化镁的物质，如盐和纳米复合物。例如，在一些实施例中，合成和表征镁-金刚烷羧酸(mg-ac)盐。合成的mg-ac显示层状结构，其具有大纵横比、高热稳定性和分散在各种有机溶剂中的能力。在其它实施例中，mg-ac化合物的热分解提供由负载在碳上的稳定、未烧结的微孔mgo构成的纳米复合物。其它实施例涉及催化系统、催化方法、聚合物复合物和吸附系统，各自合并有mg-ac化合物、纳米复合物或这些物质的组合。如本说明书中所用，术语“金刚烃”是指含有至少一个金刚烷部分的任何化合物。现将详细参考制备镁金刚烷羧酸盐和纳米复合物的方法的实施例，所述镁金刚烷羧酸盐和纳米复合物是来源于镁金刚烷盐并且含有氧化镁颗粒。用于制备镁金刚烷羧酸盐的方法包括混合镁盐与具有至少一个羧酸部分的金刚烃化合物以形成反应混合物。在反应混合物中，镁盐可以是任何含有mg2+和来源于酸或碱的抗衡阴离子的镁化合物。因此，镁盐的非限制性实例包括mg(oh)2、mgcl2、mgbr2、mg(no3)2和mgso4。在一些实施例中，镁盐可以是mg(oh)2。由煅烧mg(oh)2形成的mgo因其作为固体碱催化剂的活性而特别受关注。在反应混合物中，金刚烃化合物具有至少一个羧酸部分。在一些实施例中，至少一种羧酸与金刚烃化合物的任何非桥头碳原子结合。在一些实施例中，金刚烃化合物可选自金刚烷、二金刚烷或三金刚烷的羧酸。在一些实施例中，金刚烃化合物可以是金刚烷1-羧酸(aca)。镁盐与金刚烃化合物的混合可以使用任何合适的装置通过任何合适的方法进行，以实现均匀混合。例如，可以使用固态技术进行混合，如干粉的混合或研磨。可以通过将粉末和溶剂组合并且随后搅拌所得溶液，借助于水性或有机溶剂进行混合。任选地，在这类湿式混合程序之后，可以在将镁盐和金刚烃化合物置于适于其化学反应的条件下之前，从所得混合物中倾析或过滤一些或所有溶剂。用于制备镁金刚烷羧酸盐的方法还包括在反应温度下水热处理镁盐和金刚烃化合物的反应混合物一段反应时间，以形成镁金刚烷羧酸盐。水热处理通常可包括向反应混合物中添加水性溶剂(如水)，将反应混合物密封在反应容器(如高压釜)中，以及将反应容器加热到反应温度以引起镁金刚烷羧酸盐结晶在高压环境中发生。选择反应温度以提供足够的用于使镁盐和金刚烃化合物在反应容器内反应的热力学能量，同时还能使镁金刚烷羧酸盐结晶。反应温度应足够高以使反应进行，但也应足够低以避免金刚烷羧酸盐的分解或微晶的溶剂化。在一些实施例中，反应温度可以是100℃到200℃，如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，或100℃与200℃之间的任何其它温度。尽管在一些实施例中，反应温度可以是100℃到200℃，但是可以预期其它反应可以在低于100℃或高于200℃的温度下发生。在其它实施例中，反应温度可以是100℃到150℃或110℃到150℃。在一个实例中，其中镁盐是mg(oh)2，反应温度可以是150℃±10℃。选择反应时间以提供足够的时间用于晶体生长和在反应温度下形成镁金刚烷羧酸盐时发生明确定义的形态。在一些实施例中，反应时间可以超过12小时，例如12小时到72小时、24小时到72小时、12小时到48小时，或24小时到48小时。虽然在一些实施例中，反应时间可以超过12小时，但预期当选择高于150℃的较高反应温度时，例如，反应时间可短于12小时。用于制备镁金刚烷羧酸盐的方法可以进一步包括常规的分离步骤，如冷却或减压反应容器、从反应容器去除反应混合物、通过过滤或任何其它合适的技术从反应混合物去除溶剂、用不会使镁金刚烷羧酸盐溶解的水溶性或有机溶剂洗涤镁金刚烷羧酸盐、干燥镁金刚烷羧酸盐，或这些步骤的任何组合。在一些实施例中，可以从反应容器中存在的任何溶剂真空过滤镁金刚烷羧酸盐，用水洗涤，并且在合适的温度下干燥合适的时间。例如，可以将镁金刚烷羧酸盐在65℃下干燥24小时，以去除来自水热处理的残余溶剂。随后用缩写符号mg(x)-ac描述使用镁盐和aca制备的镁金刚烷羧酸盐，其中x是用于制备镁金刚烷盐的反应混合物中mg2+与aca的比例，ac表示来源于aca的金刚烷羧酸盐部分的碳载体。例如，mg(0.5)-ac表示通过mg(oh)2和aca在0.5:1摩尔比的mg2+:aca下的反应制备的镁金刚烷羧酸盐。同样，mg(1.0)-ac表示通过mg(oh)2和aca在1.0:1摩尔比的mg2+:aca下的反应制备的镁金刚烷羧酸盐。在一些实施例中，反应混合物可以通过混合镁盐(如mg(oh)2)和aca来制备，其量使得反应混合物中mg2+与aca的比率为0.5:1到1.0:1。可以选择反应混合物中mg2+与aca的特定比例以实现镁金刚烷羧酸盐的总晶体形态达到所需形式。不受理论约束，相信可以通过提高或降低反应混合物中mg2+与aca的比率来调整镁金刚烷羧酸盐的晶体形态。尽管在一些实施例中，mg2+与aca的比率可以选自0.5:1到1.0:1，但是预期可以通过使mg2+与aca的比率降低到小于0.5:1或通过使mg2+与aca的比率提高到大于1.0:1来进一步调整镁金刚烷羧酸盐的晶体形态。即便如此，相信存在镁饱和点，使得当mg2+与aca的比率大于饱和点时，额外的镁离子不能再并入镁金刚烷羧酸盐中。mg-ac化合物可以呈现层状结构或形态。在一些实施例中，层状结构或形态mg-ac化合物可表现为缺少边对面连接的多个层。多个层可以由各自具有大于500或大于1000的纵横比的个别层构成。也就是说，每个个别层的长度测量值可以是同一层的厚度测量值的至少500倍或至少1000倍。例如，所述层可以具有10μm到20μm的长度和10nm到20nm的厚度。这些非常薄的层又可以呈现剥落，特别是在存在某些溶剂的情况下。mg-ac材料还可以在各种溶剂(如极性有机溶剂)中形成稳定的分散液或凝胶。例如，mg-ac层可以在有机溶剂(如乙醇和丙酮)中剥落。不受理论约束，相信在mg-ac中剥离的高纵横比层的存在可有益于材料的整体性质，如其中mg-ac用作填充剂的聚合物纳米复合物。本说明书的其它实施例涉及用于制备纳米复合物的方法。用于制备纳米复合物的方法包括热分解根据本说明书中先前描述的方法制备的镁金刚烷羧酸盐。在一些实施例中，纳米复合物包括负载在来源于金刚烃化合物的碳骨架上的氧化镁颗粒或结构。在制备纳米复合物的一些实施例中，热分解镁金刚烷羧酸盐可以包括加热镁金刚烷羧酸盐。加热镁金刚烷羧酸盐可以在例如空气中，在分解温度下进行分解时间。可以选择分解温度和分解时间以引起镁金刚烷羧酸盐完全分解。镁金刚烷羧酸盐的完全分解可以包括将金刚烷羧酸盐中的任何氢氧化镁官能团转化成氧化镁颗粒。合适的分解温度可以例如高于200℃、高于300℃、高于400℃或高于500℃。分解时间可以选择为足以引起镁金刚烷羧酸盐在所选择的分解温度下完全分解的任何时间。例如，分解时间可以超过1小时，如2小时、3小时、4小时或超过5小时。在例示性实施例中，由mg(oh)2和aca形成的镁金刚烷羧酸盐可以在约450℃的分解温度和至少4小时的分解时间下完全分解。通过热分解镁金刚烷羧酸盐形成的纳米复合物可以呈现多种晶体形态，这可能取决于变量，如用于形成镁金刚烷羧酸盐的反应混合物中镁盐与金刚烃化合物的比率、用于形成镁金刚烷羧酸盐的反应时间和温度，以及用于形成纳米复合物本身的分解条件。在一些实施例中，用于制备纳米复合物的方法包括热分解通过使mg(oh)2和aca反应而制备的镁金刚烷羧酸盐。由这类镁金刚烷羧酸盐形成的纳米复合物可以包括分散在具体形状或形态的碳载体上的具体形状或形态的氧化镁颗粒(mgo)。金属氧化物颗粒可以是例如球形、矩形、带状，或者呈纳米线、纳米棒或纳米晶须形式。例如，氧化镁颗粒的粒径可以是10nm到20nm。同样地，碳载体可以呈现如片状、纳米棒、纳米线或纳米晶须等形态。在一些实施例中，氧化镁颗粒可以均匀地分散在来源于镁金刚烷羧酸盐的金刚烷部分的碳载体的表面上。取决于用于制备纳米复合物的条件，纳米复合物中mgo颗粒和碳载体的重量分数可以变化。在一些实施例中，以纳米复合物的总重量计，纳米复合物可以包括50重量％到90重量％的mgo颗粒和10重量％到50重量％的碳。例如，以纳米复合物的总重量计，纳米复合物可以包括70重量％到80重量％的mgo颗粒和20重量％到30重量％的碳。本说明书的其它实施例涉及催化剂系统。催化剂系统可包括(a)根据前述任何实施例制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)纳米复合物，如根据前述任何实施例(如通过镁金刚烷羧酸盐的热分解)制备的负载在碳上的氧化镁颗粒；或(c)(a)与(b)的任何催化活性混合物。因此，本说明书的其它实施例涉及用于催化至少一种第一反应物与至少一种第二反应物之间的化学反应的方法。这类方法可以包括使至少一种第一反应物与至少一种第二反应物在前述催化剂系统存在下反应。所述至少一种第一反应物和所述至少一种第二反应物可以是任何化合物，其化学反应以催化方式促进，如通过使得可以热力学方式进行或更有利，或者由于分开或组合使用的镁金刚烷羧酸盐或mgo纳米复合物的存在而受到动力学影响。本说明书的其它实施例涉及催化反应物分解的方法。这类方法可以包括在前述催化剂系统存在下分解反应物。反应物的分解可以在比通常已知的分解反应物的条件更温和的条件下进行，如在降低的分解温度、降低的分解时间或降低的分解压力下。本说明书的其它实施例涉及聚合物复合物，其含有至少一种聚合物或共聚物以及散布在所述至少一种聚合物或共聚物中的至少一种填充剂化合物，以形成复合物。在这类实施例中，所述至少一种填充剂化合物可以选自(a)根据前述任何实施例制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)纳米复合物，如根据前述任何实施例(如通过镁金刚烷羧酸盐的热分解)制备的负载在碳上的氧化镁颗粒；或(c)(a)与(b)的任何混合物。本说明书的其它实施例涉及用于从流体流(如液体流、气流或含有液体和固体的浆料)去除化合物的系统。所述系统可以包括吸附剂，其选自：(a)根据前述任何实施例制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)纳米复合物，如根据前述任何实施例(如通过镁金刚烷羧酸盐的热分解)制备的负载在碳上的氧化镁颗粒；(c)根据前述任何实施例的聚合物复合物；或(d)(a)、(b)和(c)的任何混合物。所述系统可以进一步包括任何合适的容器，流体流中的化合物在所述容器中或在其上的任何活性表面与吸附剂接触，以便吸附在吸附剂上并且从流体流去除。因此，已描述镁金刚烃盐、碳载氧化镁颗粒的纳米复合物的实施例，以及催化系统和方法、聚合物复合物、用于从流体流去除化合物的系统以及包含一种或多种合并有镁金刚烃盐或纳米复合物的流体的钻井液的其它实施例。在例示性实施例中，1-金刚烷羧酸盐用作结构导向剂以产生具有不同形态的镁化合物。mg-ac化合物的热分解或煅烧引起原位产生碳载氧化镁，与常规纳米mgo相比，其可显示高催化和热稳定性。实例通过以下实例进一步阐明本说明书中描述的实施例。应理解，以下实例不意图将本公开或其权利要求的范围限于任何具体实施例。实例1mg(0.5)-金刚烷羧酸盐的合成与物理表征通过以下方式水热合成mg-金刚烷(mg-ad)化合物：以使得mg2+与aca的摩尔比为1:2的量混合mg(oh)2和1-金刚烷羧酸(aca)以形成反应混合物，接着将反应混合物转移到特氟龙(teflon)衬里的不锈钢高压釜中，并且将反应混合物在150℃下加热24小时。通过用磁力搅拌器搅拌1小时来混合反应物。将所得产物mg(0.5)-ac(其中0.5表示原始mg2+与aca的混合比，“ac”表示金刚烷羧酸盐)真空过滤，用大量水洗涤，并且接着在65℃下干燥24小时。通过粉末x射线衍射(pxrd)、红外(ir)光谱、扫描电子显微镜(sem)、热重分析(tga)、原子力显微镜(afm)和透射电子显微镜(tem)表征产物。通过pxrd分析mg(0.5)-ac。图1中的pxrd谱图在2θ角为5.7°、6.6°、8.0°、9.2°和11.5°时呈现一系列底面反射，分别对应于和的间距d(d-spacing)。强反射以15°到17°的2θ角为中心发生，并且在2θ范围30°到50°内出现若干低到中等强度的反射。此外，低强度双反射在57°到60°的2θ范围内发生。pxrd图中的所有这些特征指示形成具有层状结构的材料。用ir光谱法进一步表征mg(0.5)-ac。图2中的ir谱图分别显示coo-基团在1411cm-1和1550cm-1处的对称和反对称伸缩振动。在2900cm-1和2847cm-1处的振动由金刚烷羧酸根离子的c-h键引起。在3200cm-1到3400cm-1范围内的宽振动由氢键结的羟基离子引起。在约3600cm-1处的小肩部由非氢键结的羟基离子引起，并且相信指示所得产物中作为杂质的少量前体mg(oh)2。小于1000cm-1的中等强度振动是由金属-氧键的弯曲和拉伸引起。进行起始材料与mg(0.5)-ac的比较以检查可能的杂质和未反应的起始材料。图3显示mg(0.5)-ac、aca和mg(oh)2的重叠pxrd图。除了由起始mg(oh)2引起的在37.9°处的低强度反射以外，mg(0.5)-ac具有一组与起始材料不一致的反射，这也由ir分析证实。在15°到17°的2θ范围内的aca(100％强度)的双峰也在mg(0.5)-ac中。峰位置和半峰全宽(fwhm)表明峰在mg(0.5)-ac中偏移超过1°并且变宽。这排除了起始aca存在于mg(0.5)-ac中的可能性。通过热重量分析(tga)，在30℃到800℃的氦气气氛中以10℃/分钟的加热速率研究新形成的mg(0.5)-ac的热分解特性。mg(0.5)-ac显示两步骤质量损失，如图4的曲线(b)所示。在60℃附近的5质量％到6重量％的质量损失可归因于吸附的水。tga证明所述化合物在高达450℃时是稳定的，并且在450℃到600℃的范围内损失其质量的约85重量％。这一范围内的质量损失可归因于金刚烷羧酸盐部分和氢氧根离子的损失。残余物仅为约10重量％，表明形成高孔隙度的纳米级mgo。除吸附水的损失以外，单步质量损失证实mg(0.5)-ac的单相性质。相反并且如图4的曲线(a)所说明，起始aca显示完全不同的热特性。发现金刚烷羧酸在高达100℃下是稳定的并且在120℃与300℃之间的单步骤中完全分解。不受理论约束，相信mg(0.5)-ac的异常高的热稳定性可能是由形成mg2+-金刚烷羧酸盐离子键结而引起。通过sem进一步表征mg(0.5)-ac的形态和性质。图5a–5d中的在各种放大倍数下的mg(0.5)-ac的sem图像证明层状形态。所述层具有非常大的纵横比，其中长度为几微米并且厚度为几纳米。所述层一个堆叠在另一个之上，并且似乎不具有对于许多类型的层状实体来说常见的边对面共有连接。mg(0.5)-ac中不存在边对面共有连接表明mg(0.5)-ac可以被容易地剥离。实例2mg(0.5)-金刚烷羧酸盐的分散和剥离基于物理特征，已发现mg(0.5)-ac是具有高纵横比和高热稳定性的层状结构。因此，相信mg(0.5)-ac具有成为各种纳米复合物的良好填充剂材料的所有性质。为了检查mg(0.5)-ac与各种聚合物共混的合适性和形成分散液的能力，使用各种极性和非极性溶剂。通过使用具有各种物理性质的六种不同溶剂进行分散研究。对用于形成悬浮液的含100mgmg(0.5)-ac的100ml各种溶剂(其用磁力搅拌器搅拌24小时)进行产物在各种溶剂中的分散研究。研究结果列于表1中。表1溶剂溶剂类型分散特征水极性未分散乙醇极性稳定分散液四氢呋喃极性稳定分散液n,n-二甲基甲酰胺极性稳定凝胶1,4-二噁烷极性稳定分散液戊烷无极性未分散mg(0.5)-ac未显示任何剥离或任何种类的水分散，表明化合物的疏水性。当使用极性有机溶剂(如乙醇)时，mg(0.5)-ac在30分钟内形成分散液。mg(0.5)-ac分散在1,4-二噁烷中并且与n,n-二甲基甲酰胺一起形成稳定的凝胶。发现mg(0.5)-ac与广泛使用的四氢呋喃(thf)形成稳定的分散液。这表明mg(0.5)-ac具有与极性有机溶剂形成稳定分散液的能力，并且可以用作涉及有机聚合物的各种纳米复合物中的填充剂。另一方面，mg(0.5)-ac在非极性戊烷情况下未显示任何剥离。层状固体的剥离一般在材料化学中具有极大的重要性。已经在各种混合材料(如聚合物基纳米复合物)中观察到剥离层。剥离层的尺寸和形状决定混合材料的性质。通常，剥离引起形成具有纳米厚度的较小类晶硅，这又增加材料的表面积。同时，剥离极大地减小层的横向尺寸，并且对于聚合物纳米复合物来说是不理想的。剥离中涉及的剪切力倾向于破坏层状固体的横向尺寸。通过afm表征剥离的mg(0.5)-ac胶态悬浮液以观察剥离程度。图6a显示从mg-ac颗粒的胶态乙醇悬浮液去除的剥离的mg(0.5)-ac颗粒的选定区域的拓扑轮廓。图6b显示相同测量中的峰值力误差。图6c是沿着图6a中所示的路径测量的颗粒的高度轮廓。剥离的样品显示厚度为10nm到20nm且横向尺寸大于10μm的层。这些尺寸相当于500至1000的纵横比。实例3mg过饱和度对相形成和形态的影响初始反应混合物的过饱和在任何材料的相形成中起关键作用。实例1中制备的mg(0.5)-ac的mg2+/aca比率是1:2。为了表征mg2+/aca比率对mg-金刚烷羧酸盐相形成的影响，通过与实例1中所述相同的合成路径制备mg(1.0)-ac，不同之处在于混合初始反应物以使得mg2+/aca比率是1:1。因此，与实例1的mg(0.5)-ac相比，制备具有更大的mg2+摩尔分数的mg(1.0)-ac。与mg(0.5)-ac的pxrd(图1)相比，图7中mg(1.0)-ac的pxrd图保留所有对应于mg-ac的反射。此外，mg(1.0)-acpxrd谱图显示若干高强度反射(用*标记)，相信是由未反应的mg(oh)2引起。mg(1.0)-ac中未反应的起始材料的出现说明起始材料mg(oh)2和aca的化学计量比影响所得mg-ac材料是否是单相材料。用sem进一步表征mg(1.0)-ac，以确定mg2+/aca对材料形态的影响。图8a-8d是在各种放大倍数下mg(1.0)-ac的sem图像。mg(1.0)-ac的形态似乎与mg(0.5)-ac的形态不同。尽管mg(1.0)-ac的sem与mg(0.5)-ac一样显示具有大层的层状形态，但mg(1.0)-ac的微晶似乎通过边对面共有来连接，产生沙花形态。因此，通过改变起始反应混合物中mg2+和aca的浓度，有可能提供具有不同形态和定向的mg-ac。除了mg-ac相以外，mg(1.0)-ac的sem还显示未反应的mg(oh)2的聚集、无特征颗粒。鉴于这些形态差异，预期两种化合物mg(0.5)-ac和mg(1.0)-ac显示不同特性。实例4镁源对mg-金刚烷羧酸盐形成的影响与过饱和度相似，初始反应物的性质在决定化合物形成中起着重要的作用。在这种具体情况下，mg2+源可以是形成mg-ac的决定性因素。在单独的实验中，使用mg(no3)2代替mg(oh)2作为mg源，并且如实例1那样与aca反应。除了对应于和的间隙d的两个弱反射以外，使用mg(no3)2作为镁源形成的所得化合物的pxrd显示对应于aca的反射。与用于形成实例1中的mg(0.5)-ac和实例3中的mg(1.0)-ac的反应物混合物中ph值是约9相比，发现滤液的ph值是约4。在处的峰与在mg(0.5)-ac中观察到的峰相似，但不存在包括高强度峰的其它反射。这表明初始反应物的性质和ph值对mg-金刚烷羧酸盐化合物形成的重要作用。实例5来自mg(0.5)-ac和mg(1.0)-ac热分解的mgo纳米复合物在煅烧时，mg-ac化合物产生负载在碳上的mgo。mgo是一种碱性氧化物并且有可能成为各种酸性气体的良好催化剂和良好吸附剂。通常，由其它技术形成或支持的mgo具有已知的基本限制，如低表面积、低热稳定性和循环时的聚集。预期通过本说明书中描述的mg-ac化合物的分解形成的mgo可以通过在一锅式合成中用分散的mgo产生大孔碳/金刚烷链来克服一些这类限制。实例1的mg(0.5)-ac在马弗炉(mufflefurnace)中，在空气气氛(5℃/分钟)中从室温到450℃被热分解。图9中所得材料的pxrd图显示与在37.1°、43.03°和62.2°的2θ值处mgo的文献值一致的反射，分别对应于和的间距d。相信以14°为中心的宽峰不归因于mgo，并且可能是由金刚烷部分的长链碳原子引起。通过sem进一步表征由mg(0.5)-ac的分解所获得的材料。在10a–10d中的各种放大倍数下的显微照片中，所得mgo纳米复合物具有片状形态，其具有大型微孔。片材非常薄并且具有微米尺寸的尺寸。这种片状形态可以归因于金刚烷部分充当用于以这种方式生长mgo的模板，并且还防止微晶的聚集。为了验证样品中存在金刚烷/碳部分，进行edx。为了避免衬底碳对样品的干扰，使用硅晶片作为衬底来记录edx谱图。edx谱图显示来自碳、氧和镁的峰，表明样品中存在来自金刚烷的碳。观察到来自金的峰，对应于用于涂布样品的au/pd。进行元素映射以确定样品中碳的分布。元素映射显示整个样品中碳以及镁和氧的均匀分布。这证实了金刚烷在合成具有大纵横比和微孔的负载型金属氧化物中的存在和作用。使用高分辨率透射电子显微镜(hrtem)计算所形成的mgo的微晶尺寸和相识别。图11a和11b中的明视场tem图像显示在具有高孔隙度的大型片材中形成mgo。发现由图11d的高倍率hrtem图像确定的微晶的平均尺寸在5nm到10nm范围内。图11c的电子衍射图案进一步证实mgo相。通常已知mgo的反应性取决于尺寸、形状和用于形成mgo的合成方法。尺寸越小，预期的活性和选择性越好，这归因于更大的表面积和更多的协同键结。材料的mg(1.0)-ac也在马弗炉中，在空气气氛(5℃/分钟)中在室温到450℃下经历热分解。图12中所得材料的pxrd图显示在43.03°和62.25°的2θ角处的mgo反射，分别对应于和的间隙d。在约13°的2θ角处的峰可以归因于mgo并且具有比从热分解的mg(0.5)-ac样品获得的相应峰更大的强度。相信在13°附近的峰是来源于金刚烷部分的残余碳。图14a-14d中在各种放大倍数下的热分解的mg(1.0)-ac的sem显示与热分解的mg(0.5)-ac的形态差异。在mg(1.0)-ac中，通过sem，来自金刚烷的碳似乎充当mgo的模板以生长为长链束。这一观察结果证实，当受限于主体材料的狭窄空间时，在热分解时发生金刚烷原子的聚合。由mg(0.5)-ac和mg(1.0)-ac产生的氧化镁纳米复合物具有不同的形态和微晶尺寸，并且因此预期显示不同性质。不应理解为描述复合沸石催化剂、其制备方法、使用其制备二甲苯的方法以及使用其制备二甲苯的系统的各个方面并且这类方面可以与各种其它方面结合使用。在第一方面中，本公开提供用于制备镁金刚烷羧酸盐的方法。所述方法包含混合镁盐与具有至少一个羧酸部分的金刚烃化合物以形成反应混合物。所述方法还包括在反应温度下水热处理反应混合物一段反应时间，以形成镁金刚烷羧酸盐。在第二方面中，本公开提供第一方面的方法，其中以使得反应混合物中mg2+与金刚烃化合物的比率是0.5:1到1.0:1的量混合镁盐和金刚烃化合物。在第三方面中，本公开提供第一或第二方面的方法，其中镁盐是mg(oh)2。在第四方面中，本公开提供第一至第三方面中任一方面的方法，其中所述金刚烃化合物是1-金刚烷羧酸。在第五方面中，本公开提供第一至第四方面中任一方面的方法，其中反应温度是100℃到180℃。在第六方面中，本公开提供第一至第四方面中任一方面的方法，其中反应温度是140℃到160℃。在第七方面中，本公开提供第一至第六方面中任一方面的方法，其中反应时间是至少12小时。在第八方面中，本公开提供第一至第七方面中任一方面的方法，其中所述镁金刚烷羧酸盐包含层状形态。在第九方面中，本公开提供第八方面的方法，其中层状形态包含不具有边对面连接的多个层。在第十方面中，本公开提供第八或第九方面的方法，其中层状形态包含多个层，每个层具有大于500的纵横比。在第十一方面中，本公开提供一种制备纳米复合物的方法。所述方法包含热分解根据第一至第十方面中任一方面的方法制备的镁金刚烷羧酸盐，以形成纳米复合物。在第十二方面中，本公开提供第十一方面的方法，其中热分解镁金刚烷羧酸盐包含在分解温度下，在空气中将镁金刚烷羧酸盐加热分解时间。在第十三方面中，本公开提供第十二方面中任一方面的方法，其中分解温度是至少450℃。在第十四方面中，本公开提供第十二或第十三方面的方法，其中分解时间是至少4小时。在第十五方面中，本公开提供第十一至第十四方面中任一方面的方法，其中纳米复合物包含分散在碳载体上的氧化镁颗粒。在第十六方面中，本公开提供第十一至第十五方面中任一方面的方法，其中纳米复合物包含微孔片形态。在第十七方面中，本公开提供催化剂系统。催化剂系统包含(a)根据第一至第十方面中任一方面制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)根据第十一至第十六方面中任一方面的纳米复合物；或(c)(a)与(b)的混合物。在第十八方面中，本公开提供一种用于催化至少一种第一反应物与至少一种第二反应物之间的化学反应的方法。所述方法包含在根据第十七方面的催化剂系统存在下使至少一种第一反应物与至少一种第二反应物反应。在第十九方面中，本公开提供一种用于催化反应物分解的方法。所述方法包含在根据第十七方面的催化剂系统存在下分解反应物。在第二十方面中，本公开提供聚合物复合物。所述聚合物复合物包含至少一种聚合物或共聚物；和至少一种散布在所述至少一种聚合物或共聚物中的填充剂材料，以形成复合物。所述至少一种填充剂材料选自(a)根据第一至第十方面中任一方面制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)根据第十一至第十六方面中任一方面的纳米复合物；或(c)(a)与(b)的混合物。在第二十一方面中，本公开提供一种用于从流体流去除化合物的系统。所述系统包含吸附剂，其选自(a)根据第一至第十方面中任一方面制备的镁金刚烷羧酸盐；(b)根据第十一至第十六方面中任一方面的纳米复合物；或(c)(a)与(b)的混合物。所述系统还包含容器，流体流中的化合物在所述容器中或在所述容器上与吸附剂接触。对于所属领域的技术人员显而易见的是，在不脱离所要求的主题的精神和范围的情况下，可以对本说明书中描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书意图覆盖本说明书中描述的各种实施例的修改和变化，只要这类修改和变化属于随附权利要求书和其等效物的范围内。在本公开中提供了范围。预期还包括由范围所涵盖的每个离散值。此外，同样可以预期由明确公开的范围所涵盖的每个离散值形成的范围。当前第1页12