CN109019621A - 一种低温下纳米方钠石的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低温下纳米方钠石的制备方法,包括以下步骤:首先称取铝源和强碱,加入去离子水后搅拌均匀,得到含铝的碱性浆液A;然后将硅源加入含铝的碱性浆液A中,边搅拌边加入,加入完成后继续搅拌30~45min,得到硅铝凝胶;接着将硅铝凝胶于密封环境中在25~35℃下进行晶化,晶化时间为4~24h;最后将晶化后的产物进行抽滤,并将抽滤产物水洗至pH为8~9,于60~120℃干燥12~48h,得到纳米方钠石。本发明通过低温下一步晶化制备纳米方钠石,制备过程简单,条件温和,成本低廉,而且未添加任何有机添加剂,得到的纳米方钠石结晶性好,纯度高,粒径为20~30nm,适用于吸附与储氢材料方面,适合规模化生产,具有一定的经济效益和现实意义。
Description
技术领域
本发明涉及无机纳米材料制备技术领域,具体为一种低温下纳米方钠石的制备方法。
背景技术
方钠石是一种具有小孔径的多孔硅铝酸盐沸石,它的铝氧四面体与硅氧四面体相互连结构成具有立方空穴(称为SOD笼)的三维骨架,笼内可充填小分子的、非化学计量的盐类及金属“原子簇”。由于其具有独特的空间结构和物理化学性质,方钠石被广泛用做储氢材料、光致变色材料和吸附剂。
纳米方钠石由于其晶粒尺寸小,具有分子易于扩散和比表面积大等特点而受到关注,其在吸附和储氢方面有更大的应用价值。近年来,科研工作者们一直对纳米方钠石的合成进行探索,已有一些相关文献报道。马英冲等(高等学校化学学报,2006,27:739~741)以1-乙基-3-甲基咪唑溴盐([emim]Br)离子液体为溶剂,在常压下制得晶粒约200~500nm的方钠石晶体,研究认为体系中不同的溶剂或模板剂引起沸石晶体生长环境的差异,导致形成的晶体形貌不同。在此基础上,臧丽君等(大连工业大学学报,2013,32(3):220~223)采用微波加热的方式,在常压开放离子液体系下合成高结晶度、粒度分布窄的方钠石纳米粉体,其平均粒径仅为20nm左右。该方法和常规加热的离子热法相比,离子液体的用量降低了20%,晶化时间缩短了90%,降低了成本、提高了合成效率。这两种方法都需要以离子液体作为晶化介质,成本太高,因此有必要寻找其他更有效的实验方法。杨小月等(科学技术与工程,2015,15(20):249~251)在常压开放体系下,以水为溶剂,利用微波加热的方式合成结晶度高、粒径在30nm左右的纳米方钠石。该法大大降低了离子热法使用离子液体的成本。吉媛媛等(CN201510347496.4)报道了一种在无任何有机添加剂和结构导向剂存在的条件下,制备纳米级方钠石的方法。该方法采用两步合成,将含硅铝的碱性混合浆液在40~100℃晶化2~10h,然后在70~200℃老化1~5h,制得的方钠石晶形尺寸为200~800nm。姜杨等(CN 201510021734.2)报道一种低温可控合成SOD型方钠石的方法,该方法首先配制混合溶液,然后在搅拌条件下将粘土矿物加入混合溶液中,搅拌0.5~4h,将混合物密封于水热反应釜中于60~120℃条件下水热反应12~36h。该方法制备的方钠石是由直径接近2um,厚度为30~50nm的圆形片状晶体组装而成的立体结构,这些圆形片状晶体有着共同的中心(原点),它们以原点为中心相互镶嵌交错组装成框架结构。
综上所述,现有的合成纳米方钠石的方法主要有水热合成法、离子热法等,但是合成方法仍存在成本较高、制备工艺复杂等缺点。因此,有必要寻找一种成本低,快速方便的纳米方钠石合成方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足,提供一种低温下纳米方钠石的制备方法,该方法反应在低温下一步晶化生成,晶化时间短,晶化条件温和,合成工序简单,设备要求低,成本低。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种低温下纳米方钠石的制备方法,包括以下步骤:
步骤1、称取铝源和强碱,加入去离子水后搅拌均匀,得到含铝的碱性浆液A;
步骤2、将硅源加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,边搅拌边加入,加入完成后继续搅拌30~45min,得到硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶于密封环境中在25~35℃下进行晶化,晶化时间为4~24h;
步骤4、将步骤3晶化后的产物进行抽滤,并将抽滤产物水洗至pH为8~9,然后于60~120℃干燥12~48h,最终得到纳米方钠石。
优选的,步骤1铝源为乙丙醇铝。
优选的,步骤1强碱为氢氧化钠。
优选的,步骤2硅源为硅溶胶、固体硅胶或白炭黑中的一种,其中硅溶胶中二氧化硅的质量分数为30%。
优选的,将硅源的用量以SiO2计,将铝源的用量以Al2O3计,强碱的用量以Na2O计,步骤3所述硅铝凝胶中各物质的摩尔比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.0~7.8:0.3~1.2:1.0:60~200。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1、本发明中纳米方钠石于25~35℃低温下一步晶化生成,反应条件温和,合成工序简单,耗费时间短;
2、本发明在不使用任何有机添加剂的条件下直接制备纳米方钠石,符合绿色化学的发展需要;
3、本发明制备的纳米方钠石结晶性好,纯度高,制备的方钠石粒径在20~30nm左右,更加适合应用在吸附与储氢材料方面,适合规模化生产,具有一定的经济效益。
附图说明
图1是本发明中实施例1制备的纳米方钠石粉体的X射线衍射(XRD)谱图;
图2是本发明中实施例1制备的纳米方钠石粉体的透射电子显微镜(TEM)照片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不受限于该具体实施方式。
实施例1
步骤1、称取7.46g乙丙醇铝和9.56g氢氧化钠加入烧杯中,再加入59.50g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取5.22g二氧化硅质量分数为30%的硅溶胶,搅拌下将硅溶胶慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化6h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于100℃下干燥24h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例2
步骤1、称取9.48g乙丙醇铝和12.25g氢氧化钠加入烧杯中,再加入69.75g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取6.16g二氧化硅质量分数为30%的硅溶胶,搅拌下将硅溶胶慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化12h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至8;将滤饼于100℃下干燥24h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例3
步骤1、称取10.58g乙丙醇铝和11.05g氢氧化钠加入烧杯中,再加入55.25g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取5.78g二氧化硅质量分数为30%的硅溶胶,搅拌下将硅溶胶慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌45min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化24h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至8;将滤饼于60℃下干燥48h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例4
步骤1、称取8.90g乙丙醇铝和10.16g氢氧化钠加入烧杯中,再加入65.50g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取1.28g固体硅胶,搅拌下慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化6h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于120℃下干燥12h,即可得到白色方钠石粉体。
实施例5
步骤1、称取9.45g乙丙醇铝和10.78g氢氧化钠加入烧杯中,再加入60.55g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取1.48g固体硅胶,搅拌下慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化12h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于80℃下干燥36h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例6
步骤1、称取9.05g乙丙醇铝和13.12g氢氧化钠加入烧杯中,再加入70.25g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取1.25g白炭黑,搅拌下慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化6h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至8;将滤饼于100℃下干燥24h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例7
步骤1、称取9.65g乙丙醇铝和13.47g氢氧化钠加入烧杯中,再加入65.25g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取1.42g白炭黑,搅拌下慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌45min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为25℃,晶化12h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于120℃下干燥12h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例8
步骤1、称取7.46g乙丙醇铝和9.56g氢氧化钠加入烧杯中,再加入59.50g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取5.22g二氧化硅质量分数为30%的硅溶胶,搅拌下将硅溶胶慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为30℃,晶化5h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于100℃下干燥24h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
实施例9
步骤1、称取7.46g乙丙醇铝和9.56g氢氧化钠加入烧杯中,再加入59.50g去离子水,搅拌使原料完全溶解,制成含铝的碱性浆液A;
步骤2、称取5.22g二氧化硅质量分数为30%的硅溶胶,搅拌下将硅溶胶慢慢加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,加入完毕后继续搅拌30min,形成硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶转移至带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢合成釜中密封,放置于水浴锅中,设定水浴锅温度为35℃,晶化4h;
步骤4、反应完成后,取出合成釜,将反应混合物进行抽滤,并用去离子水对滤饼进行洗涤,直至洗涤溶液pH至9;将滤饼于100℃下干燥24h,即可得到白色纳米方钠石粉体。
我们将实施例1得到的白色纳米方钠石粉体进行X射线衍射测试(XRD)和透射电子显微镜测试(TEM),图1为实施例1样品的X射线衍射谱图,从图1中可以看到合成产物为纯SOD结构,即纯方钠石。图2为实施例1样品的透射电子显微镜照片,从图2可以看到合成产物为纳米级晶粒堆积物,晶粒粒径为20~30nm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种低温下纳米方钠石的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、称取铝源和强碱,加入去离子水后搅拌均匀,得到含铝的碱性浆液A;
步骤2、将硅源加入步骤1得到的含铝的碱性浆液A中,边搅拌边加入,加入完成后继续搅拌30~45min,得到硅铝凝胶;
步骤3、将步骤2得到的硅铝凝胶于密封环境中在25~35℃下进行晶化,晶化时间为4~24h;
步骤4、将步骤3晶化后的产物进行抽滤,并将抽滤产物水洗至pH为8~9,然后于60~120℃干燥12~48h,最终得到纳米方钠石。
2.根据权利要求1所述的一种低温下纳米方钠石的制备方法,其特征在于,步骤1所述铝源为乙丙醇铝。
3.根据权利要求1所述的一种低温下纳米方钠石的制备方法,其特征在于,步骤1所述强碱为氢氧化钠。
4.根据权利要求1所述的一种低温下纳米方钠石的制备方法,其特征在于,步骤2所述硅源为硅溶胶、固体硅胶或白炭黑中的一种,所述硅溶胶中二氧化硅的质量分数为30%。
5.根据权利要求1所述的一种低温下纳米方钠石的制备方法,其特征在于,将硅源的用量以SiO2计,将铝源的用量以Al2O3计,强碱的用量以Na2O计,步骤3所述硅铝凝胶中各物质的摩尔比为Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=2.0~7.8:0.3~1.2:1.0:60~200。
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