專利名稱：一種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬氣凝膠的制備，特別是ー項(xiàng)關(guān)于鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法。
背景技術(shù)：
不同的納米金屬單質(zhì)，在高效催化劑等領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。但是由于納米金屬單質(zhì)在制備的過程中，往往容易產(chǎn)生團(tuán)聚，自燃，爆炸等不可控因素，使這類材料的制備一直處于實(shí)驗(yàn)室階段，難以形成規(guī)模生產(chǎn)，特別是在高效催化劑領(lǐng)域很需要這類材料來降低単元合成時(shí)的能耗?，F(xiàn)在有ー種方法是在制備過程中采用表面包覆技術(shù)減小粒子之間的團(tuán)聚，但是這樣還是不能制備出高活性的10納米以下的金屬單質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題和不足，本發(fā)明的目的在于提供ー種高活性鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，該方法將納米級(jí)金屬氧化物附著在高比表面的ニ氧化硅氣凝膠上，有效地阻止了納米氧化物的團(tuán)聚，在此基礎(chǔ)上對(duì)金屬氧化物進(jìn)行還原得到金屬攙雜納米ニ氧化硅氣凝膠。本發(fā)明解決了現(xiàn)有市場(chǎng)納米金屬粒徑大，活性差，催化效率低的問題。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。一種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，該方法包括下述步驟I)原料稀釋將40#正硅酸こ酯與硝酸鹽分別用こ醇稀釋為0.ト3Mol/L正硅酸 こ酷溶液和0. 1-lMol/L硝酸鹽溶液；2)原料混合將正硅酸こ酯溶液和硝酸鹽溶液按照質(zhì)量比為ト5 3的比例混合均勻；3)溶膠-凝膠采用酸-堿兩步法調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，得到溶膠預(yù)聚體，靜止陳放溶膠預(yù)聚體3-5天，直到凝膠形成并充分老化，溶液形成為凝膠；4)干燥處理將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，于290-320°C，8-23MPa進(jìn)行干燥得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠；6)還原反應(yīng)將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠轉(zhuǎn)移到還原爐，在氫氣與高純氮的混合的還原氣氛下，于170°C _1050°C溫度下，還原2-10個(gè)小吋，隨爐冷卻至常溫，得鑲嵌金屬單質(zhì)的氣凝膠。本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于本發(fā)明鑲嵌金屬氣凝膠中金屬單質(zhì)來源于相關(guān)的硝酸鹽或氯化物。所述硝酸鹽溶液為濃度為0. 1-lMol/L的硝酸鐵溶液、硝酸銅溶液或硝酸銀溶液。 所述氯化物為三氯化鐵、氯化銅或氯化銀。所述酸-堿兩步法調(diào)節(jié)pH值過程為，采用0. 5-lMol/L檸檬酸或氫氟酸酸先調(diào)節(jié) pH值至3-5，再采取5-10 %的氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7-11。所述步驟6)中將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠直接轉(zhuǎn)移到還原爐，或經(jīng)粉碎后再轉(zhuǎn)
3移到還原爐中。本發(fā)明利用氣凝膠的高比表面及且氣凝膠的孔道是開孔聯(lián)通狀態(tài)，將金屬氧化物納米粒子附著在氣凝膠的開ロ孔道或與氧化娃一起形成娃酸鹽納米結(jié)構(gòu)孔壁，使大多數(shù)金屬氧化物以分子結(jié)構(gòu)形式鑲嵌在氣凝膠結(jié)構(gòu)之中，通過對(duì)金屬氧化物ニ氧化硅氣凝膠進(jìn)行還原處理，得到鑲嵌型納米金屬氣凝膠。產(chǎn)物經(jīng)測(cè)試，其比表面積比現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的納米金屬材料粒徑的10-100納米提高到600-1000m2/g，金屬單質(zhì)均勻鑲嵌在ニ氧化硅氣凝膠結(jié)構(gòu)中，單質(zhì)的平均粒徑在1-5納米。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)納米氧化鈦氣凝膠的性能進(jìn)行說明。實(shí)施例I稱取用こ醇稀釋的3Mol/l正硅酸こ酯40#1升與IMol/l的硝酸鐵溶液3升混合攪拌，使用酸-堿兩步法所述酸-堿兩步法調(diào)節(jié)PH值過程為，采用IMol/l濃度的檸檬酸先調(diào)節(jié)PH值至3，再采取5 %的氨水調(diào)節(jié)pH值為9，得到溶膠預(yù)聚體。靜止陳放3天直到凝膠形成并充分老化。將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，2900C，SMPa進(jìn)行干燥得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠。將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠(或經(jīng)粉碎)轉(zhuǎn)移到還原爐，還原氣氛為氫氣與高純氮的混合氛，還原溫度1050°C，2小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至常溫得鑲嵌鐵單質(zhì)的氣凝膠，經(jīng)測(cè)試鐵單質(zhì)粒度為3納米。實(shí)施例2稱取用こ醇稀釋的0. IMol/l正硅酸こ酯40#5升與0. 01Mol/l的硝酸銅溶液3升混合攪拌，使用酸-堿兩步法所述酸-堿兩步法調(diào)節(jié)PH值過程為，采用0. 5Mol/l濃度的氫氟酸酸先調(diào)節(jié)PH值至5，再采取10 %的氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為11，得到溶膠預(yù)聚體。靜止陳放4天直到凝膠形成并充分老化。將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，320°C，IOMPa進(jìn)行干燥得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠。將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠(或經(jīng)粉碎)轉(zhuǎn)移到還原爐，還原氣氛為氫氣與高純氮的混合氛，還原溫度800°C還原時(shí)間4小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至常溫得鑲嵌銅單質(zhì)的氣凝膠，經(jīng)測(cè)試銅單質(zhì)粒度為I納米。實(shí)施例3稱取用こ醇稀釋的2Mol/l正硅酸こ酯40#1升與0. IMol/l的硝酸銀溶液3升混合攪拌，使用酸-堿兩步法所述酸-堿兩步法調(diào)節(jié)PH值過程為，采用IMol/l濃度的檸檬酸先調(diào)節(jié)PH值至3，再采取5%的氨水調(diào)節(jié)pH值為7，得到溶膠預(yù)聚體。靜止陳放5天直到凝膠形成并充分老化。將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，3000C，23MPa進(jìn)行干燥得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠。將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠(或經(jīng)粉碎)轉(zhuǎn)移到還原爐，還原氣氛為氫氣與高純氮的混合氛，還原溫度170°C還原時(shí)間10小時(shí)，氮?dú)獗Ｗo(hù)下隨爐冷卻至常溫得鑲嵌鐵單質(zhì)的氣凝膠，經(jīng)測(cè)試鐵單質(zhì)粒度為I. 5納米。上述硝酸鹽或進(jìn)一步用氯化物三氯化鐵、氯化銅或氯化銀替代。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，其特征在于，該方法包括下述步驟1)將正硅酸こ酯與硝酸鹽分別用こ醇稀釋為o.1-3M01/L正硅酸こ酯溶液和 0.01-lMol/L硝酸鹽溶液；2)將正硅酸こ酯溶液和硝酸鹽溶液按照質(zhì)量比為1-5 3的比例混合均勻；3)采用酸-堿兩步法調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，得到溶膠預(yù)聚體，靜止陳放溶膠預(yù)聚體 3-5天至凝膠形成并充分老化，溶液形成為凝膠；4)將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，于290-320°C，8-23MPa進(jìn)行干燥，得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠；5)將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠轉(zhuǎn)移到還原爐，在氫氣與高純氮的混合還原氣氛下，于 170°C -1050°C溫度下，還原2-10個(gè)小時(shí)，隨爐冷卻至常溫，得鑲嵌金屬單質(zhì)的氣凝膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述硝酸鹽溶液為0. 1-lMol/L的硝酸鐵溶液、硝酸銅溶液或硝酸銀溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述硝酸鹽或進(jìn)一步用氯化物代替；所述氯化物為三氯化鐵、氯化銅或氯化銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述酸-堿兩步法調(diào)節(jié)PH值過程為，采用0. 5-lMol/L檸檬酸或氫氟酸酸先調(diào)節(jié)pH值至3-5，再采取5-10%的氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至7-11。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述步驟6)中將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠直接轉(zhuǎn)移到還原爐，或經(jīng)粉碎后再轉(zhuǎn)移到還原爐中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鑲嵌型納米金屬氣凝膠的制備方法，包括下述步驟1)將40#正硅酸乙酯與硝酸鹽分別用乙醇稀釋為溶液；2)將正硅酸乙酯溶液和硝酸鹽溶液按照質(zhì)量比混合均勻；3)采用酸-堿兩步法調(diào)節(jié)混合溶液的pH值，得到溶膠預(yù)聚體，靜止陳放溶膠預(yù)聚體到凝膠形成并充分老化，溶液形成為凝膠；4)將凝膠轉(zhuǎn)移到干燥塔，進(jìn)行干燥得鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠；5)將鑲嵌金屬氧化物的氣凝膠轉(zhuǎn)移到還原爐，在氫氣與高純氮的混合還原氣氛下還原，得鑲嵌金屬單質(zhì)的氣凝膠。該方法將納米級(jí)金屬氧化物附著在高比表面的二氧化硅氣凝膠上，有效地阻止了納米氧化物的團(tuán)聚。本發(fā)明解決了現(xiàn)有市場(chǎng)納米金屬粒徑大，活性差，催化效率低的問題。
文檔編號(hào)B01J13/00GK102600772SQ20121007846
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者張君, 陳國 申請(qǐng)人:陜西盟創(chuàng)納米新型材料股份有限公司