专利名称：具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法
技术领域：
本发明涉及的是一种多孔结构的复合金属氧化物的制备方法。
背景技术：
多孔材料以其独特的孔结构和优异的比表面性能，在催化、吸附和分离等领域具 有广泛的应用前景。含有特定微孔、介孔或大孔的分等级结构的多孔材料，由于复合了多 种尺寸孔的优势，因而引起了越来越多的研究人员的关注。到目前为止，分等级的多孔材 料如TiO2, ZrO2, CeO2和复合金属氧化物，通常是应用模板来合成，常用的模板剂有聚乙烯 胶粒，嵌段共聚物，离子型表面活性剂等。然而这些模板剂通常缺少固有的复杂性和分级 结构，从而很难获得多尺寸的孔结构和形貌，而且需要繁琐且复杂的后处理步骤来除去有 机模板，而这些步骤会造成新的环境污染和能源浪费。因此许多研究者开始采用复杂的天 然生物模板如蝴蝶翅膀、贝壳、木细菌等来构筑具有分级结构的多孔无机材料(S. A. Davis, H. Μ. Patel, Ε. L. Mayes, N. H. Mendel son, G. Franco, S. Mann, Chem. Mater. 10,2516(1998)； B. Zhang, S. A. Davis, N. H. Mendelson, S. Mann, Chem. Commun. 9, 781 (2000) ；Y. Zheng, X. Gao, L. Jiang, Soft Matter. 3，178(2007))。多孔材料中的复合金属氧化物因其具有优异的多孔结构和高热稳定性能，被广泛 的用于改善环境的催化剂，吸附剂和生物材料的载体等。虽然采用胶晶模板法可以制备有 序大孔结构的混合金属氧化物(M. Sadakane, T. Asanuma, J. Kubo, W. Ueda, Chem. Mater. 17， 3546 (2005) ；Ε. Geraud, V. Prevot, J. Ghanbaja, F. Leroux, Chem. Mater. 18,238 (2006)), 但合成分等级的多孔复合金属氧化物的方法却很少见。以水滑石为前驱体，在适当的温度 下焙烧可以得到复合金属氧化物，产物外观呈现片状、无序、网状结构，因此多孔并具有较 大的比表面积，同时又具有良好的稳定性。最近报道了一种使用具有特定管型毛状体的 豆荚为生物模板合成的具有生物形貌的分级多孔复合金属氧化物(Y. Zhao, Μ. Wei, J. Lu, Ζ. L. Wang,X. Duan，ACS Nano. 3，4009 (2009))。而生物模板的缺点是难以确保精细的生物组 织结构在反应过程中不被破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能进一步拓宽分等级多孔结构材料的合成路径，使其 在催化，吸附，分离及光、电、磁等许多领域有着潜在的应用价值的具有分等级多孔结构的 复合金属氧化物的制备方法。本发明的目的是这样实现的分别称取二价金属盐和三价金属盐，并将其倒入盛有乙二醇和水的混合溶剂的容 器中，完全溶解后把容器放置在一个盛有浓氨水的封闭容器中，在室温条件下，挥发出来的 氨水与金属盐在溶液表面逐层反应，反应进行完全并生成水滑石溶胶；取出容器，倾去上层 的透明溶液，将剩余溶胶转移至坩埚中，盖上坩埚盖后放置在烘箱中，80 180°C保温陈化 12小时，再将陈化过的溶胶直接减压抽滤，所得滤饼于烘箱中干燥24小时，最后把干燥后获得的凝胶产物放置于坩埚中，300 500°C的空气环境下，于马弗炉中焙烧5小时，待降至 室温时，取出焙烧产物即可获得分等级多孔复合金属氧化物。乙二醇和水的体积比的范围为9 1 1 1。所述氨水的重量比浓度为26%。所述二价金属盐Mg (NO3)2或MgCl2 ；所述三价金属盐为Al (NO3)3或A1C13。二价金属盐和三价金属盐的摩尔比为2 1。本发明针对已有分等级多孔结构的复合金属氧化物材料制备方法存在的问题，提 出了以乙二醇和水为混合溶剂，采用简单的气液界面反应法制备水滑石溶胶，再通过焙烧 水滑石前驱体获得具有分等级多孔结构(微孔_介孔-大孔)的复合金属氧化物的方法该 方法将进一步拓宽分等级多孔结构材料的合成路径，使其在催化，吸附，分离及光，电，磁等 许多领域有着潜在的应用价值，并为分等级多孔结构机理的形成提供理论支持。本发明的主要技术特征是采用气液界面反应法，利用挥发出来的氨水与金属盐在 溶液表面逐层反应，在乙二醇的极性基团羟基(-0H)作用下使胶体粒子互相连接，形成三 维空间网络结构的水滑石凝胶，经干燥焙烧制备出具有分等级多孔结构(微孔-介孔-大 孔)的复合金属氧化物
具体实施例方式下面举例对本发明做更详细地描述在制备过程中，以7 3(体积比)的乙二醇和水作溶剂。将6. 15g(24. Ommol)的 Mg (NO3) 2 · 6H20 和 4. 51g (12. Ommol)的 Al (NO3) 3 · 9H20 溶解在盛有 50mL 乙二醇和水的混合 溶剂的烧杯中，然后把烧杯放置在一个盛有150mL浓氨水(26wt% )的封闭容器中。在室温 条件下，挥发出来的氨水与硝酸盐在溶液表面逐层反应，反应进行完全并生成水滑石溶胶。 取出烧杯，倾去上层的透明溶液，将剩余溶胶转移至坩埚中，盖上坩埚盖后放置在烘箱中， 150°C保温陈化12小时后取出。此时再将陈化过的溶胶直接(不使用任何溶剂清洗)减压 抽滤，所得滤饼于烘箱中干燥24小时。最后把干燥后获得的凝胶产物放置于坩埚中，400°C 的空气环境下，于马弗炉中焙烧5小时，待降至室温时，取出焙烧产物即可获得分等级多孔 复合氧化物。实施例2:其它实验条件同实施例1，改变二价金属盐和三价金属盐为MgCl2 · 6H20和 AlCl3 · 6H20。实施例3:其它实验条件同实施例1，改变混合溶剂中乙二醇和水的体积比为1 1。实施例4:其它实验条件同实施例1，改变水滑石的保温陈化温度为100°C。实施例5:其它实验条件同实施例1，改变水滑石前驱体的焙烧温度为500°C。
权利要求
一种具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法，其特征是分别称取二价金属盐和三价金属盐，并将其倒入盛有乙二醇和水的混合溶剂的容器中，完全溶解后把容器放置在盛有浓氨水的封闭容器中，在室温条件下，挥发出来的氨水与金属盐在溶液表面逐层反应，反应进行完全并生成水滑石溶胶；取出容器，倾去上层的透明溶液，将剩余溶胶转移至坩埚中，盖上坩埚盖后放置在80～180℃保温陈化12小时，再将陈化过的溶胶直接减压抽滤，所得滤饼干燥24小时，最后把干燥后获得的凝胶产物放置于坩埚中，300～500℃的空气环境下焙烧5小时，降至室温获得分等级多孔复合金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法，其特征 是所述二价金属盐Mg (NO3) 2或MgCl2 ；所述三价金属盐为Al (NO3) 3或A1C13。
3.根据权利要求2所述的具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法，其特征 是二价金属盐和三价金属盐的摩尔比为2 1。
4.根据权利要求1、2或3所述的具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法， 其特征是乙二醇和水的体积比的范围为9 1 1 1。
5.根据权利要求1、2或3所述的具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法， 其特征是所述氨水的重量比浓度为26%。
6.根据权利要求4所述的具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法，其特征 是所述氨水的重量比浓度为26%。
全文摘要
本发明提供的是一种具有分等级多孔结构的复合金属氧化物的制备方法。将二价金属盐和三价金属盐倒入盛有乙二醇和水的混合溶剂的容器中，溶解后把容器放置在一个盛有浓氨水的封闭容器中，在室温条件下，挥发出来的氨水与金属盐在溶液表面逐层反应，生成水滑石溶胶；倾去上层的透明溶液，将剩余溶胶转移至坩埚中，80～180℃保温陈化12小时，再将陈化过的溶胶直接减压抽滤，所得滤饼于烘箱中干燥，最后把干燥后获得的凝胶产物放置于坩埚中，300～500℃焙烧5小时，降至室温时获得分等级多孔复合金属氧化物。本发明采用气液界面反应法，形成三维空间网络结构的水滑石凝胶，经干燥焙烧制备出具有分等级多孔结构的复合金属氧化物。
文档编号B01J20/28GK101992081SQ20101027076
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者刘琦, 印曦, 周纪登, 张密林, 景晓燕, 李占双, 王君 申请人:哈尔滨工程大学