本发明专利技术属于微纳米孔材料合成技术领域，公开了一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球及其合成方法和应用。包括以下步骤：将稀土无机盐溶解于醇中，加入浓硝酸，再加入丙酮，得到透明溶液；将透明溶液搅拌后加热至100‑200摄氏度并保温10小时，获得前驱体稀土配位聚合物胶体球；将所得前驱体分散在含有表面活性剂的溶液中，加入阴离子水溶液，在100‑200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，或者是将前驱体分散在含有PDDA的溶液中进行水热离子交换反应；反应后洗涤，得到多孔稀土基胶体球。本发明专利技术合成方法实现了对产物的微观形貌、多孔性、元素组成与分布的多重控制。本产品可广泛应用于催化，传感以及水处理等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳米孔材料合成
，涉及一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球及其合成方法和应用。
技术介绍
在过去几年，单分散的多孔胶体球因其均一的形貌与尺寸，低密度和大的表面积引起许多的关注。这些材料有望应用于酶的固化，吸收，储能，药物传递，二氧化碳的捕捉与催化之中，也可以以它为基础材料合成出更为复杂的结构，如光子晶体。在催化方面，单分散多孔球比块状材料具有更大的比表面积，在液体介质中与微纳米颗粒一样具有好的分散性。因而，它们具有短的扩散路径，高催化活性位点浓度和使用后能够简单分离回收这些优点。而且，多孔球独特的多孔结构还可以用于固定功能分子，或者作为合成其它纳米材料的模板。基于此，研究者们对多孔胶体球材料的合成进行了系统研究，但以前的工作几乎都集中于单元材料。而多孔多元胶体材料的合成迄今鲜有报道，多组分的胶体球能结合不同成分的特性从而使得材料功能多元化，集成化。并且，不同成分整合在一起后由于增效作用而产生新的功能。例如，多成分硅基胶体颗粒能集细胞成像、诊断与药物投递于一身，有望成为多功能的纳米药物载体。如何高效地合成分散性好、成分组成可控的多孔多元胶体球具有非常重要的意义，但极具挑战性。综上所述，发展一种普适性的多组分稀土基多孔胶体球的制备方法对未来材料的功能多元化与集成化有极大的推进作用。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法。该方法是通过化学配位沉淀和离子交换两步法合成的，采用本方法可以合成出单元/多元的稀土基多孔胶体球，产物组分可以任意调节，尺寸大小均一，分散性好，且具有大的比表面积。本专利技术的再一目的在于提供上述合成方法制备得到的普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球；胶体颗粒的组分以及各组分的浓度可以根据实际需要进行调整，以此来调节最终多孔稀土胶体球产物的组分，产物可为单组分或者多组分本专利技术的又一目的在于提供上述普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法，包括以下操作步骤：(1)将稀土无机盐溶解于醇中，加入浓硝酸，再加入丙酮，得到透明溶液；将透明溶液搅拌后转移到水热反应釜中，加热至100-200摄氏度并保温10小时，洗涤，分离，获得前驱体稀土配位聚合物胶体球；(2)将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)的溶液中，在100-200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球；或者将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有表面活性剂的溶液中，加入阴离子水溶液，辅以超声分散，在100-200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球。步骤(1)所述稀土无机盐为各种稀土的醋酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐中的一种以上。步骤(1)所述醇为二甘醇、乙二醇、乙二醇的二聚体或乙二醇的三聚体。步骤(1)所述浓硝酸、醇和丙酮的体积比为2：5：35。步骤(1)所述搅拌的时间为30分钟，水热反应釜的体积为50ml；所述加热是加热至100摄氏度。步骤(1)所述前驱体稀土配位聚合物胶体球的粒径为100到500nm。步骤(2)所述表面活性剂为PVP等非离子型表面活性剂；所述阴离子水溶液为氢氟酸溶液、磷酸溶液、氟化钠溶液或磷酸钠溶液。步骤(2)所述洗涤后在500摄氏度下退火。一种由上述合成方法得到的普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球。上述普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球在化学催化剂、生物传感与检测或水处理中的应用。步骤(2)中将前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有PDDA的溶液中，在100-200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到的多孔稀土基胶体球为多孔稀土氧化物胶体球。所需产物为多孔稀土氟化物胶体球时，步骤(2)所采用的阴离子水溶液为氢氟酸溶液、氟化钠溶液；所需产物为多孔稀土磷酸物胶体球时，步骤(2)所采用的阴离子水溶液为磷酸溶液、磷酸钠溶液。步骤这种离子交换方式不仅限于稀土氟化物，稀土磷酸物，稀土氧化物的制备，其他阴离子如硅酸根，钼酸根等也适用本方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：本专利技术方法合成组分可调的多孔稀土基胶体球，由于不同稀土元素化合物溶度积常数(ksp)及沉淀行为的不同，利用阴离子直接沉淀法制备多孔多组分的稀土基胶体球几乎难以实现。本研究发展的方法绕开了不同稀土元素化合物的本质差异(溶度积、饱和浓度和沉淀行为)，利用了它们的共性-配位化学性质。首先，将不同的稀土离子用配位剂沉淀，然后利用水热辅助的离子交换方法，通过控制试验参数，转化合成出组成可调的多孔单组分/多组分稀土氧化物，稀土氟化物，稀土磷酸盐胶体球，该合成路线实现了对产物的微观形貌、多孔性、元素组成与分布的多重控制。附图说明图1为实施例1获得的六元稀土胶体球前躯体颗粒，其中(a)为TEM图，(b)为粒径分布图，(c)为元素分布图。图2为实施例2获得的六元多孔稀土氧化物球TEM与元素分布结果图，其中(a)为TEM图，(b)为元素分布图，(c)为EDX结果图，(d)为元素线性分布图。图3为实施例2获得的六元多孔稀土氧化物球多孔性与晶相分析结果。图4为实施例3获得的六元多孔稀土氟化物球TEM与元素分布结果图，其中(a)为TEM图，(b)为元素分布图，(c)为XRD图，(d)为元素线性分布图。图5为实施例3获得的六元多孔稀土磷化物球TEM与元素分布结果图，其中(a)为TEM与元素分布图，(b)为XRD图，(c)为元素线性分布图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。在各实施例和对比实例中，合成出的稀土基胶体球的测定用SHIMADU XRD 6000型X射线衍射仪，试验条件为Cu Kα辐射源，管压40Kv,管电流40mA.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM；JSM-6700F)和透射电子显微镜(TEM；JEM-2010,200kV)进行样品形貌分析，产物的比表面积和孔径分布利用Quantachrome NOVA-3000吸附仪，通过液氮温度下的吸附/脱附方法测定。实施例1前躯体制备：将0.25mmol单一的稀土硝酸盐溶解于5ml搅拌中的乙二醇或二甘醇中，接着加入2ml浓硝酸，过后加入35ml丙酮，得到透明溶液。透明溶液搅拌30分钟后转移到50ml的水热反应釜中，加热至100摄氏度并保温10小时。得到的溶液用乙醇洗三次，并用离心分离，60摄氏度干燥得到黄色产物，即单组分的前驱体稀土配位聚合物胶体球；制备多元的前驱体稀土配位聚合物胶体球时，其合成方法与上述单组分的前驱体稀土配位聚合物胶体球的合成方法完全相同，只需将稀土硝酸盐(各种稀土的醋酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐中的两种以上)的总摩尔两量保持在0.3mmol。取部分前驱体稀土配位聚合物胶体球产物做TEM表征，结果如图1所示，可见所得前躯体胶体球具有好的分散性，其尺寸大小为540-560nm，元素分布测试表明，加入的六种稀土元素在颗粒上分布均匀。实施例2多组分稀土氧化物的制备技术：将0.25mmol实施例1所得的前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在20ml质量分数0.4％的PDDA的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)将稀土无机盐溶解于醇中，加入浓硝酸，再加入丙酮，得到透明溶液；将透明溶液搅拌后转移到水热反应釜中，加热至100‑200摄氏度并保温10小时，洗涤，分离，获得前驱体稀土配位聚合物胶体球；(2)将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液中，在100‑200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球；或者将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有表面活性剂的溶液中，加入阴离子水溶液，辅以超声分散，在100‑200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球。
【技术特征摘要】
1.一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法，其特征在于包括以下操作步骤：(1)将稀土无机盐溶解于醇中，加入浓硝酸，再加入丙酮，得到透明溶液；将透明溶液搅拌后转移到水热反应釜中，加热至100-200摄氏度并保温10小时，洗涤，分离，获得前驱体稀土配位聚合物胶体球；(2)将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有聚二烯丙基二甲基氯化铵的溶液中，在100-200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球；或者将步骤(1)所得前驱体稀土配位聚合物胶体球分散在含有表面活性剂的溶液中，加入阴离子水溶液，辅以超声分散，在100-200摄氏度条件下进行水热离子交换反应，洗涤，得到多孔稀土基胶体球。2.根据权利要求1所述的一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法，其特征在于：步骤(1)所述稀土无机盐为各种稀土的醋酸盐、氯化物、硫酸盐和硝酸盐中一种以上。3.根据权利要求1所述的一种普适性的组分可调的多孔稀土基胶体球的合成方法，其特征在于：步骤(1)所述醇为二甘醇、乙二醇、乙二醇的二聚体或乙二醇的三聚体。4.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：李成超，陈立宝，练庆旺，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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