專利名稱：一種利用層狀硅酸鹽質(zhì)孔材料組裝納米二氧化錫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用層狀硅酸鹽通過(guò)化學(xué)處理制備微/介孔材料組裝納米二氧化錫的方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米顆粒微/介孔固體的復(fù)合體系是90年代初納米材料科學(xué)中引人注目的前沿領(lǐng)域。利用物理或化學(xué)的方法將納米顆粒放入微/介孔固體的孔洞中構(gòu)成二者的組裝體系，不但具有納米微粒的許多特性，而且又產(chǎn)生了納米微粒和介孔固體本身所不具備的特殊性質(zhì)。同時(shí)，也可望使人們按照自己的意愿實(shí)現(xiàn)對(duì)某些性質(zhì)的調(diào)制。由于介孔固體中的孔是開(kāi)放的、并互相連通，因此，組裝體系不但存在異質(zhì)納米顆粒與孔壁之間的界面，而且孔內(nèi)顆粒還存在自由表面，并與環(huán)境介質(zhì)(氣氛或液相介質(zhì))相接觸，所以這種組裝體系必然存在孔的限制作用、界面耦合作用、和由于納米顆粒表面的高度活性而對(duì)周圍的氣氛、液相、溫度、相對(duì)濕度等環(huán)境條件敏感(尤其是金屬顆粒的組裝體系)，從而使介孔構(gòu)成了微孔反應(yīng)器，形成一系列獨(dú)特的性能。
以微/介孔材料的納米孔道為模板劑組裝功能顆粒通常采用的方法有離子交換法、化學(xué)沉積法、吸附客體法及水熱合成法等，組裝對(duì)象主要有單質(zhì)、硫化物、氧化物和復(fù)合納米顆粒。Katovic將金屬單質(zhì)Al、Fe和Zn組裝到了孔結(jié)構(gòu)中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Al、Fe和Zn的存在改變了原介孔分子篩的酸性，使其有可能應(yīng)用于酸性、氧化性催化劑領(lǐng)域(Microporous and Mesoporous Materials，2001，44～45275～281)，Li等人采用機(jī)械混合將SnO2組裝到了MCM-41介孔分子篩中。由于介孔分子篩孔道本身對(duì)顆粒的局限作用，組裝后的SnO2顆粒在孔道中均勻分布，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少，其比表面積相應(yīng)增大，促使其對(duì)氣體的選擇性和敏感性均有所提高，尤其是在250～600℃對(duì)H2的敏感度比純SnO2有了顯著的提高(Sensors and Actuators 1999，B 591～8)。目前也有關(guān)于納米ZnFeO4成功組裝到介孔硅基體中的報(bào)道，但所制得的產(chǎn)物其熱穩(wěn)定性都不太理想。Zhou等人成功地將ZnFeO4組裝到硅介孔材料中，所得產(chǎn)物不僅具有所期待的良好的磁性能，而且在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)表現(xiàn)出透明性(MaterialsChemistry and Physics，2002，75181～185)。這些研究大多是采用M41S系列分子篩為組裝主體，制備這類分子篩的原料大多為有機(jī)物，成本較高，且產(chǎn)物易污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用層狀硅酸鹽為原料，制備高比表面積、孔徑分布均勻的微/介孔材料，以此材料為組裝主體組裝納米二氧化錫的方法。該方法工藝簡(jiǎn)單，原料易得，利用該方法制得的納米復(fù)合材料有著比組裝前更優(yōu)良的性質(zhì)。
本發(fā)明的詳細(xì)方案為在SnCl4的水溶液中加入層狀硅酸鹽微/介孔材料，20～70℃水浴中磁力攪拌，加入NaOH或氨水溶液，控制溶液的pH值為1.5～2.0，攪拌至反應(yīng)完全，抽濾，去Cl-，干燥，研磨，450-500℃焙燒，焙燒結(jié)束后自由冷卻至室溫，制得SnO2/層狀硅酸鹽質(zhì)孔材料粉末。
所述層狀硅酸鹽為滑石、高嶺石、葉臘石、蒙脫石、伊利石或白云母。
本發(fā)明與現(xiàn)有工藝技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)現(xiàn)有技術(shù)均采用有機(jī)硅和硅溶膠為原料，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)或溶膠-凝膠的方法制備組裝主體，原材料昂貴且費(fèi)時(shí)；本發(fā)明是以層狀硅酸鹽為原料經(jīng)過(guò)化學(xué)處理制備微/介孔材料，能降低加工成本，同時(shí)拓寬滑石礦的應(yīng)用范圍，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品。
(2)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，原料易得，條件較為寬松，不涉及有機(jī)物原料，不易污染環(huán)境。
(3)由于所制備的微/介孔材料含有均勻有序的孔道和空籠使得被組裝的二氧化錫晶粒得到很好的分散，晶粒尺寸得到控制，所制備的SnO2/孔材料組裝體系的性能較組裝前有較大提高。


圖1滑石質(zhì)孔材料和不同Si/Sn的SnO2/孔材料組裝體系的XRD衍射圖；圖2滑石質(zhì)孔材料和不同Si/Sn的SnO2/孔材料組裝體系的紅外圖譜；圖3滑石質(zhì)孔材料和不同Si/Sn的SnO2/孔材料組裝體系的吸附-脫附等溫線；圖4滑石質(zhì)孔材料和不同Si/Sn的SnO2/孔材料組裝體系的BJH孔徑分布曲線；圖5滑石質(zhì)孔材料和不同Si/Sn的SnO2/孔材料組裝體系的HK孔徑分布曲線。
其中a-滑石質(zhì)孔材料；b-Si/Sn＝40；c-Si/Sn＝10；d-Si/Sn＝2.5(Si/Sn指摩爾比)具體實(shí)施方式
將過(guò)80目篩的滑石原料用行星磨球磨6h，球料重量比為10∶1，球磨后用鹽酸在80℃攪拌條件下浸出，酸濃度為4mol/L，浸出時(shí)間為2h，將浸出液冷卻、過(guò)濾、洗滌，烘干，得滑石質(zhì)微/介孔材料。稱取一定量的SnCl4·5H2O，Si/Sn＝40、10、2.5，配成SnCl4水溶液，加入一定量的鹽酸防止其水解。在SnCl4水溶液中加入滑石質(zhì)孔材料，60℃水浴中磁力攪拌30min后，逐滴滴加NaOH或氨水溶液，直到測(cè)得溶液的pH值在1.5～2之間，然后再攪拌1h，室溫下靜置，去離子水洗滌、抽濾，直到檢測(cè)不到Cl-。然后在80℃的烘箱中干燥6h，取出用瑪瑙研缽研磨。之后500℃高溫焙燒，焙燒結(jié)束后自由冷卻至室溫，制得SnO2/孔材料粉末。所制備的SnO2/孔材料粉末的比表面積由組裝前的260.20m2/g下降到189.50m2/g，孔容由0.51ml/g下降到0.40ml/g，且組裝后微孔數(shù)量減少。組裝前后的XRD圖如圖1所示，紅外圖譜如圖2所示，N2吸附-脫附等溫曲線如圖3所示，BJH孔徑分布曲線如圖4所示，HK孔徑分布曲線如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種利用層狀硅酸鹽質(zhì)孔材料組裝納米二氧化錫的方法，其特征在于在SnCl4的水溶液中加入層狀硅酸鹽微/介孔材料，20～70℃水浴中磁力攪拌，加入NaOH或氨水溶液，控制溶液的pH值為1.5～2.0，攪拌至反應(yīng)完全，抽濾，去Cl-，干燥，研磨，450-500℃焙燒，焙燒結(jié)束后自由冷卻至室溫，制得SnO2/層狀硅酸鹽質(zhì)孔材料粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述層狀硅酸鹽為滑石、高嶺石、葉臘石、蒙脫石、伊利石或白云母。
全文摘要
一種利用層狀硅酸鹽質(zhì)孔材料組裝納米二氧化錫的方法。本發(fā)明將層狀硅酸鹽的孔材料放入一定濃度的SnCl
文檔編號(hào)C01B39/00GK1880220SQ20051003171
公開(kāi)日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2005年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
發(fā)明者楊華明, 杜春芳, 胡岳華, 唐愛(ài)東, 金勝明 申請(qǐng)人:中南大學(xué)