一种插层复合物及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种插层复合物及其制备方法和用途。所述插层复合物包括铵盐插入到磷酸锆的片层中形成的插层复合物，所述铵盐为四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合，所述插层复合物的表面电荷密度为5～15mC/m

A kind of intercalation compound and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种插层复合物及其制备方法和用途
本专利技术属于材料
，涉及一种复合物及其制备方法和用途，尤其涉及一种插层复合物及其制备方法和用途。
技术介绍
超亲水表面一般指水滴与表面的表观接触角小于5°，在该表面上水滴能完全润湿，迅速铺展开。超亲水材料一般是具有高表面能、高表面张力的表面，根据杨氏方程水分子能自发润湿表面。不同于超疏水材料，在超亲水表面上水滴不会凝集，可应用玻璃表面的防雾防霜。同时，形成的水膜能润湿到污渍和材料表面之间，水滴流过材料表面使能带走污渍达到自清洁。然而，超亲水研究较少，国内鲜有核心技术并投入生产，在玻璃清洁、油水分离、医用器械、太阳能电池、制冷领域这使得研究具有科学意义和经济效益。已有超亲水纳米涂层多为掺有分散剂的SiO2、TiO2纳米颗粒，不可避免地具有制备过程复杂，成本高、易失活等问题。磷酸锆是一种具有纳米层间距的层状化合物，可对磷酸锆进行分子修饰得到特殊结构，改变主体的光电磁等物理性能。作为一种被大量研究和广泛应用的无机化合物，磷酸锆还拥有以下优点：优异的选择性离子交换性能，高的比表面积和孔径深度、高热稳定性、高分散性等等，通过对磷酸锆多孔结构的控制和开发，可实现在特异性吸附剂、贮能材料、贮氢材料、超导、阻燃材料、固相电化学领域的应用。一般可用水热法、氟化氢法、回流法制备不同尺寸的磷酸锆，范围从100纳米到10毫米。CN103011118A公开了一种利用导向组装技术制备磷酸锆层柱材料的方法。该申请公开的方法以层状磷酸锆为原料，先以十六胺等长链有机胺对层状磷酸锆进行有机改性，后将十二烷基二甲基苄基氯化铵等长链季铵盐插层至有机化的磷酸锆层间，并通过溶剂化方法将硅酸乙酯与长链季铵盐协同引入。利用十二烷基二甲基苄基氯化铵等长链季铵盐形成的胶束作为模板，通过导向组装技术在磷酸锆层间形成有序排列的硅聚物交联结构，最后通过焙烧除去有机胺与季铵盐，得到氧化硅柱撑的磷酸锆层柱材料。CN103319750A公开了一种羧甲基壳聚糖季铵盐/改性磷酸锆纳米复合材料。该复合材料由50～80wt％羧甲基壳聚糖季铵盐和20～50wt％磷酸锆组成；羧甲基壳聚糖季铵盐以插层的形式分散于磷酸锆片层间；磷酸锆的片层间距为1.07～3.76nm；羧甲基壳聚糖季铵盐的重均分子量为2.2×105～3.1×105g/mol，羧甲基取代度为51～69％，季铵盐取代度为71～88％。该复合材料具有较好的热稳定性及优良的抗菌性能。CN105129755A公开了一种制备单层金属磷酸盐的方法及其应用。所述方法包括：(1)利用醇胺对层状金属磷酸盐进行插层处理，获得插层材料；(2)然后在离子液体中对所述插层材料进行剥离处理，获得单层金属磷酸盐。然而上述方法得到的材料均无法满足超亲水自清洁涂层的需要，其制备方法较为复杂。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种插层复合物及其制备方法和用途。本专利技术提供的插层复合物表面电荷高，可用于超亲水自清洁涂层。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种插层复合物，所述插层复合物为铵盐插入到磷酸锆的片层中形成的插层复合物，所述铵盐包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合，所述插层复合物的表面电荷密度为5～15mC/m2。所述铵盐典型但是非限制性的组合包括：四丁基氢氧化铵和四丙基氢氧化铵的组合，四丙基氢氧化铵和四乙基氢氧化铵的组合，四乙基氢氧化铵和四甲基氢氧化铵的组合等。所述插层复合物的表面电荷密度为5～15mC/m2，例如5mC/m2、8mC/m2、10mC/m2、12mC/m2、13mC/m2或15mC/m2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。这样的表面电荷密度，有利于水滴在插层复合物表面迅速铺展开形成超润湿薄膜。本专利技术提供的插层复合物表面电荷高，具有超亲水性。本专利技术中，所述插层复合物因为采用了特殊的铵盐，能够与磷酸锆发生相互配合，通过插层剂铵盐对磷酸锆进行改性，可提高磷酸锆的亲水性。单独的磷酸锆或单独的铵盐都不具备超亲水性，磷酸锆的层状结构和优异的插层性能，使得铵盐能够剥离磷酸锆，在磷酸锆上形成带正电荷端，宏观上形成紧密排列的高电荷表面。本专利技术所述的“包括”，还可以替换为封闭式的“为”或“由……组成”。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，所述磷酸锆的粒径为100～1000nm，例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果磷酸锆的粒径过大，会导致磷酸锆不能完全被铵盐剥离，磷酸锆与铵盐插层效率降低；如果磷酸锆的粒径过小，完全剥离的磷酸锆在基底上不能形成有效的覆盖面积。优选地，所述插层复合物中，所述铵盐为四丁基氢氧化铵。采用这种铵盐可以取得最好的超亲水性。优选地，所述插层复合物中，磷酸锆与铵盐的摩尔比为1:1～1:5，例如1:1、1:2、1:3、1:4或1:5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，如果磷酸锆与铵盐的摩尔比过大，会导致表面铵盐堆积，形成强排斥力，电荷分布不均匀；如果磷酸锆与铵盐的摩尔比过小，会导致复合物纳米片空隙无法被多余铵盐填满，表面能不够高。第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述层复合物的制备方法，所述方法包括以下步骤：将磷酸锆、铵盐和溶剂混合，得到所述插层复合物；其中，所述铵盐包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合。作为本专利技术优选的技术方案，所述溶剂为水。优选地，所述混合的方法为超声混合。优选地，所述磷酸锆和铵盐的摩尔比为1:1～1:5，例如1:1、1:2、1:3、1:4或1:5等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述混合的时间为40～80min，例如40min、50min、60min、70min或80min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述将磷酸锆、铵盐和溶剂混合的方法包括：将磷酸锆和溶剂混合20～40min，例如20min、25min、30min、35min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，得到磷酸锆溶液，再加入铵盐，混合20～40min，例如20min、25min、30min、35min或40min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，磷酸锆和溶剂的混合方法以及加入铵盐后的混合方法均为超声混合。优选地，所述磷酸锆溶液的中，磷酸锆的质量分数为0.1～1wt％，例如0.1wt％、0.2wt％、0.4wt％、0.6wt％、0.8wt％或1wt％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，所述磷酸锆的制备方法包括以下步骤：将锆源、磷源和溶剂混合后加热反应，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种插层复合物，其特征在于，所述插层复合物为铵盐插入到磷酸锆的片层中形成的插层复合物，所述铵盐包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合，所述插层复合物的表面电荷密度为5～15mC/m

【技术特征摘要】
1.一种插层复合物，其特征在于，所述插层复合物为铵盐插入到磷酸锆的片层中形成的插层复合物，所述铵盐包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合，所述插层复合物的表面电荷密度为5～15mC/m2。2.根据权利要求1所述的插层复合物，其特征在于，所述磷酸锆的粒径为100～1000nm；优选地，所述插层复合物中，所述铵盐为四丁基氢氧化铵；优选地，所述插层复合物中，磷酸锆与铵盐的摩尔比为1:1～1:5。3.一种如权利要求1或2所述插层复合物的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将磷酸锆、铵盐和溶剂混合，得到所述插层复合物；其中，所述铵盐包括四丁基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四甲基氢氧化铵中的任一种或至少两种的组合。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水；优选地，所述混合的方法为超声混合；优选地，所述磷酸锆和铵盐的摩尔比为1:1～1:5；优选地，所述混合的时间为40～80min；优选地，所述将磷酸锆、铵盐和溶剂混合的方法包括：将磷酸锆和溶剂混合20～40min，得到磷酸锆溶液，再加入铵盐，混合20～40min；优选地，磷酸锆和溶剂的混合方法以及加入铵盐后的混合方法均为超声混合；优选地，所述磷酸锆溶液的中，磷酸锆的质量分数为0.1～1wt％。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述磷酸锆的制备方法包括以下步骤：将锆源、磷源和溶剂混合后加热反应，得到所述磷酸锆。6.根据权利要求5的制备方法，其特征在于，所述磷酸锆的制备方法中，锆源包括氯氧化锆；优选地，所述氯氧化锆为八水合氯氧化锆；优选地，所述磷酸锆的制备方法中，磷源包括磷酸；优选地，所述磷酸为质量分数80～90％的磷酸，优选为质量分数85％的磷酸；优选地，所述磷酸锆的制备方法中，溶剂包括水；优选地，所述磷酸锆的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大陟，陈思铭，雷凡，李丹丹，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东,44