具有盐壳的纳米化合物颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，首先将纳米化合物颗粒分散在可溶性盐溶液中，并用环己烷和辛基苯基聚氧乙烯醚按一定比例混合，制备成油包水型微乳液，将微乳液破乳、离心、干燥，即可得到表面具有可溶性盐壳的纳米化合物颗粒。包覆有可溶性盐壳的颗粒可在盐熔点以下煅烧，水洗后可得到高结晶性的分散纳米颗粒。该方法大大拓宽了制备分散纳米材料的温度区间，避免了纳米颗粒在高温下的烧结。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料制备领域，涉及一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法。
技术介绍
纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1-100nm之间的超细粒子。纳米颗粒由于具有表面效应、量子尺寸效应、体积效应和宏观量子隧道效应，具有良好的热学、光学、电学、磁学以及化学方面的性质，因此在电子、化工、机械、生物医学等领域广泛应用。在纳米粉体制备中的难题之一是颗粒的团聚问题。由于纳米颗粒粒度小，表面能大，处于能量不稳定状态，细小的颗粒趋向于聚集在一起。而在表面氢键和化学键等作用下，纳米颗粒将发生不可回复的硬团聚。纳米颗粒在干燥过程中，会受到毛细表面张力和液相桥的作用，而使颗粒进一步加剧。对于纳米颗粒的团聚问题，一般通过添加分散剂、对颗粒进行表面有机改性等方法来缓解。颗粒的烧结是纳米粉体制备过程中的另一个难题。由于纳米颗粒的表面能高，在环境温度较高时，颗粒之间极易发生烧结。而很多纳米材料在制备时无法避免高温处理过程，如碳酸铝铵分解法制备γ氧化铝需要经过500℃以上的煅烧，氢氧化钇前驱体需要经过200℃煅烧才能得到氧化钇，而要得到α相的氧化铝，必须要经过1000℃以上的高温煅烧。在高温处理过程中纳米颗粒将产生严重的烧结，而且此问题无法通过表面有机改性等方法解决。以纳米α氧化铝为例，现有制备技术得到的纳米α氧化铝多为纳米颗粒团聚体，而不是单分散纳米α氧化铝。在煅烧过程中引入隔离相，后期再将其去除，是避免纳米颗粒烧结的一条可能途径。但使用隔离相方法有两个需要解决的问题：一是需要找到高温下不与纳米颗粒发生化学反应，且在后期可以彻底去除的隔离物质；二是需要用隔离相将纳米颗粒分散隔离。高熔点可溶性盐如氯化物、硫酸盐等化学性质稳定，且容易水洗去除，但可溶性盐的结晶过程难以控制、盐颗粒粗大，无法用于隔离细小的纳米颗粒。综上所述，现有技术均无法避免高温煅烧过程中纳米颗粒之间的烧结。使用可溶性盐隔离是解决此问题的一条可能途径，但前提是必须实现可溶性盐将纳米颗粒分散隔离。若能在纳米颗粒表面包覆一层可溶性盐壳，将能起到分散隔离的作用，有效避免纳米颗粒在高温煅烧过程中的烧结，制备出单分散的纳米化合物颗粒。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，能解决纳米颗粒高温烧结的问题。技术方案：本专利技术提供的一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，包括以下步骤：1)制备含有纳米化合物颗粒和可溶性盐的悬浊液；2)将此悬浊液制成油包水型微乳液；3)使用破乳剂破乳，离心，干燥，得到具有盐壳的纳米化合物颗粒。进一步的，本专利技术方法中，纳米化合物颗粒的尺寸在1nm～100nm之间。进一步的，本专利技术方法中，可溶性盐是指氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾。进一步的，本专利技术方法中，纳米化合物为氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝铵、氧化钛、氧化硅、氧化铁、氢氧化铁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、氧化锆、氧化铜、氧化镍、氧化铌、氧化锡、氧化铟、氧化钇、氢氧化钇、氧化铕、氧化铈、氧化镧、氧化铽、氧化镝、氧化钕或这些化合物的混合物。进一步的，本专利技术方法中，悬浊液中纳米化合颗粒的浓度为0.001mol/L～0.1mol/L，可溶性盐与纳米化合物的摩尔比≥0.1。进一步的，本专利技术方法中，油包水型微乳液的组成为：悬浊液：表面活性剂：环己烷的体积比为x∶3∶7，其中0.01≤x≤3。进一步的，本专利技术方法中，表面活性剂为辛基苯基聚氧乙烯醚。进一步的，本专利技术方法中，破乳剂为丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或叔丁醇。本专利技术首先将纳米化合物颗粒分散在盐水溶液中，并将其与辛基苯基聚氧乙烯醚、环己烷按一定比例混合，制成油包水型微乳液。此时在微乳液的水相液滴中，纳米化合物颗粒被盐溶液包围。在此微乳液体系中加入非极性溶剂破乳，可以在破乳的同时降低盐溶液的极性，使盐在纳米化合物颗粒表面析出。再经离心、干燥后，可得到表面具有可溶性盐壳的纳米颗粒。固体盐壳起到良好的隔离作用，在盐熔点之下煅烧时，被隔离的纳米颗粒之间不发生物质传输，当然也不会发生颗粒烧结和长大。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术通过改变微乳液滴中盐溶液的极性，使盐在纳米化合物颗粒表面析出并包覆在纳米颗粒表面。所使用的可溶性盐的熔点较高，如硫酸钾的熔点高达1069℃。因此，本专利技术制备出的具有可溶性盐壳的纳米颗粒在盐熔点之下煅烧时，纳米颗粒之间不会发生烧结。本专利技术的优点包括：1，可以在纳米化合物颗粒表面包覆可溶性盐壳，在盐熔点之下煅烧，在提高纳米颗粒结晶性的同时，仍保持单分散性；2，本专利技术的纳米颗粒表面包覆的可溶性盐壳，可作为纳米反应器，使多种纳米化合物在盐壳反应合成出其它纳米化合物，并保持单分散纳米颗粒状态；3，本专利技术工艺简便、易于实现、对设备要求极低；4，普适性强，可以广泛使用于不溶于水的纳米化合物颗粒。具体实施方式下面对本专利技术的优选实施方案做详细说明。本专利技术中，可溶于水的盐均可作为盐壳材料使用。用于本专利技术的可溶性盐的例子可以包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、氟化锂、氟化钠、氟化钾、磷酸钠、偏铝酸钠、硝酸钠、硝酸钾、碳酸钠、碳酸钾。从稳定性和熔点的角度考虑，优选使用氯化钠、氯化钾、硫酸钠、硫酸钾。本专利技术中，不与水及所选用的盐不发生化学反应的纳米化合物颗粒均能使用。用于本专利技术的纳米化合物可以是氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝铵、氧化钛、氧化硅、氧化铁、氢氧化铁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、氧化锆、氧化铜、氧化镍、氧化铌、氧化锡、氧化铟、氧化钇、氢氧化钇、氧化铕、氧化铈、氧化镧、氧化铽、氧化镝、氧化钕或这些化合物的混合物。从稳定性的角度考虑，优选使用氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝铵、氧化钛、氧化硅、氧化铁、氢氧化铁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、氧化锆、氧化铜、氧化镍、氧化铌、氧化锡、氧化铟、氧化钇、氢氧化钇、氧化铕、氧化铈、氧化镧、氧化铽、氧化镝、氧化钕或这些化合物的混合物。本专利技术实施例中，当纳米化合物为上述化合物的混合物时，可以从上述化合物选取任意种类进行搭配混合。上述纳米化合物在水中可以稳定存在，且相互之间不会发生化学反应，因此上述纳米化合物能以混合物形式存在于微乳液滴中，并一同被包覆盐壳。盐壳可起到纳米反应器的作用，在盐熔点以下加热时，纳米化合物混合物在盐壳中可反应合成出其它化合物，并保持单分散纳米颗粒状态。本专利技术中，极性小于水且能与水互溶的溶剂均可作为破乳剂。用于本专利技术的破乳剂的例子可以包括为吡啶、二恶烷、四氢呋喃、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇或叔丁醇。从稳定性和安全性的角度考虑，优选丙酮、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或叔丁醇。以下结合具体实施例，对本专利技术的制备方法做进一步具体说明。实施例1取硫酸钾0.001mol，用去离子水配制成10毫升硫酸钾溶液；取γ相纳米氧化铝0.005mol，加入硫酸钾溶液中，并超声分散，制成悬浊液；量取辛基苯基聚氧乙烯醚30毫升，环己烷70毫升，将悬浊液与辛基苯基聚氧乙烯醚、环己烷混合、搅拌，并超声分散成油包水型微乳液；加入丙酮并搅拌、离心，得到具有盐壳的纳米γ氧化铝颗粒。将此颗粒烘干后在1000℃煅烧，冷却后用去离子水洗掉硫酸钾盐，干燥后可得单分散α氧化铝。实施例2取硫酸钠0.001mol，用去离子水配制成10毫升硫酸钠溶液；取纳米氢氧化铝0.005mol，加入硫酸钠溶液中，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)制备含有纳米化合物颗粒和可溶性盐的悬浊液；2)将所述悬浊液制成油包水型微乳液；3)向所述油包水型微乳液中加入破乳剂，进行破乳，离心，干燥，得到具有盐壳的纳米化合物颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)制备含有纳米化合物颗粒和可溶性盐的悬浊液；2)将所述悬浊液制成油包水型微乳液；3)向所述油包水型微乳液中加入破乳剂，进行破乳，离心，干燥，得到具有盐壳的纳米化合物颗粒。2.根据权利要求1所述的一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，其特征在于，所述可溶性盐是指氯化钠、氯化钾、硫酸钠或硫酸钾。3.根据权利要求1所述的一种制备具有盐壳的纳米化合物颗粒的方法，其特征在于，所述纳米化合物为氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝铵、氧化钛、氧化硅、氧化铁、氢氧化铁、氢氧化镁、碱式碳酸镁、氧化锆、氧化铜、氧化镍、氧化铌、氧化锡、氧化铟、氧化钇、氢氧化钇、氧化铕、氧化铈、氧化镧、氧化铽、氧化镝、...

【专利技术属性】
技术研发人员：董岩，宋立，邵起越，蒋建清，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32