镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法。所述方法按实心SiO

【技术实现步骤摘要】
镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法
本专利技术涉及一种镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法，属于吸附材料制备

技术介绍
中空纳米结构因其独特的结构特征，广泛应用在催化、生物医药、环境处理和能源储存等领域。其中，二氧化硅中空球具有良好的机械性能和热稳定性能，多孔氧化硅中空材料已经应用在吸附、药物传递和催化等多个领域中。上述成功应用很大程度上依赖于对中空球功能性物种的修饰，尤其是金属或金属氧化物纳米粒子的复合。金属复合的硅基材料具备复合材料的独特物理和化学特性。水热法是制备金属复合氧化硅中空球材料的常用方法之一。然而，尽管这种方法简单易于操作，但是不可避免的存在着一些问题。例如目前水热合成镁改性纳米二氧化硅中空球的温度均高于120℃，如文献(JournalofMaterialsChemistryB,2016,4(19):3257-3268.和DaltonTransactions,2013,42(24):8918-8925)所报道，甚至温度达到190℃(Chem.AsianJ.2010,5,1439-1444)。此外，合成的镁改性纳米二氧化硅中空球的比表面积较低(J.Phys.Chem.C2009,113,10441-10445)。尽管文献(Chem.Eur.J.2010,16,3497-3503)报道的材料的比表面积达到521m2/g，但该材料对亚甲基蓝的吸附能力较弱。此外，上述方法合成的含镁氧化硅中空球均为纯相的硅酸镁中空球。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法。实现本专利技术目的的技术方案如下：镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法，包括以下步骤：按实心SiO2与镁盐的摩尔比为5～50：1，在实心SiO2纳米颗粒的悬浊液中加入镁盐，超声分散均匀，加入硼氢化钠，80～180℃进行水热反应，反应结束后，离心，水洗，干燥，得到镁改性纳米二氧化硅中空球。所述的实心SiO2纳米颗粒的悬浊液为将实心SiO2纳米颗粒超声分散在水中得到的悬浊液，超声时间为10～30min。优选地，加入镁盐后，所述的超声分散时间为10～30min。本专利技术中，所述的实心SiO2纳米颗粒采用常规方法制备，直径为50nm～900nm。优选地，所述的镁盐为硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、乙醇镁或葡萄糖酸镁。优选地，所述的硼氢化钠的浓度为0.06g/ml～0.2g/ml。优选地，所述的水热反应时间为0.5～48小时。优选地，所述的镁盐的浓度为0.01mmol/ml～0.1mmol/ml。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术水热温度较低，更经济实用。在合成过程中，硼氢化钠不仅为反应提供碱性环境，促使实心氧化硅在水热条件下溶解，在Mg2+的存在下合成硅酸镁，而且提供硼酸根离子(BO2-)参与氧化硅再形成过程，得到合成的硅酸镁和再合成的氧化硅复合材料，即硅酸镁-氧化硅复合中空球。本专利技术的复合中空球具有较高比表面积和孔容，比表面积达到600m2/g，能够有效吸附有机污染物。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。图2为实施例制得的镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图。图3为实施例制得的镁改性纳米二氧化硅中空球的透射电子显微图。图4为实施例1制得的镁改性纳米二氧化硅中空球的氧、硅和镁元素面分布图。图5为对比例1制得的镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图。图6为对比例2制得的镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图。表1为应用例与对比例的综合吸附性能数据对比表。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1步骤1，制备SiO2悬浊液：称量150mg的SiO2实心球纳米颗粒，其尺寸为450nm左右，将其放入烧杯中，向烧杯中加入5mL的去离子水，将得到的溶液超声处理10分钟；步骤2，制备氯化镁-SiO2混合溶液：步骤1所制得的溶液中加入0.1mmol的氯化镁(MgCl2)，将该溶液超声处理10分钟；步骤3，制备镁改性二氧化硅中空球：将步骤2中制备的氯化镁-SiO2混合溶液移入20mL容量的聚四氟乙烯衬里的高压釜中，向其加入0.50gNaBH4，并在80℃下进行反应12小时；步骤4，将得到的溶液离心水洗至中性后进行冷冻干燥。干燥后的样品为镁改性二氧化硅中空球。表1为实施例1制得的镁改性二氧化硅中空球与未改性二氧化硅中空球的吸附性能数据对比表。由表1可知，镁改性二氧化硅中空球对亚甲基蓝的吸附性能比未改性二氧化硅中空球的吸附能力有了很大提高，达到了370.45mg/g。实施例2与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2中的MgCl2改为醋酸镁(C4H6O4Mg)，其他条件保持一致。实施例3与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2中的MgCl2改为硝酸镁(Mg(NO3)2)，其他条件保持一致。实施例4与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤3的加热温度改为180℃，其他条件保持一致。实施例5与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤3的加热时间改为8小时，其他条件保持一致。实施例6与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2中的MgCl2添加量为0.05mmol，其他条件保持一致。实施例7与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2中的MgCl2添加量为0.5mmol，其他条件保持一致。图1为本专利技术的流程示意图，采用实心SiO2为硅源，氯化镁为镁源，在硼氢化钠存在的条件下水热反应，得到镁改性的氧化硅空心球。该复合材料对亚甲基蓝展现出优异的吸附性能。图2为实施例1、2、3、4、5、6和7镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图，从图中可以看出该复合材料为中空球。图3为实施例1、2、3、4、5、6和7镁改性纳米二氧化硅中空球的透射电子显微图，从图中可以看出该中空球由超薄纳米片组成。图4为实施例1、2、3、4、5、6和7镁改性纳米二氧化硅中空球的氧、硅和镁元素面分布图，由图可以看出氧、硅和镁三种元素均匀的分布在中空球上。对比例1与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤3的加热温度改为60℃，其他条件保持一致。图5为本对比例1镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图，从图中可以看出该复合材料表面为超薄纳米片但大部分仍然是实心氧化硅球，由此可见温度过低实心SiO2球为完全转化成中空球。对比例2与实施例1类似，区别在于，将实施例1的步骤2的氯化镁添加量改为0.6mmol，其他条件保持一致。图6为本对比例2镁改性纳米二氧化硅中空球的扫描电子显微图，从图中可以看出当氯化镁添加过量时出现为转化的实心球及转化团聚显著的中空球。将各实施例与对比例制得的吸附材料进行亚甲基蓝吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n按实心SiO

【技术特征摘要】
1.镁改性纳米二氧化硅中空球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按实心SiO2与镁盐的摩尔比为5～50：1，在实心SiO2纳米颗粒的悬浊液中加入镁盐，超声分散均匀，加入硼氢化钠，80～180℃进行水热反应，反应结束后，离心，水洗，干燥，得到镁改性纳米二氧化硅中空球。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的实心SiO2纳米颗粒的悬浊液为将实心SiO2纳米颗粒超声分散在水中得到的悬浊液，超声时间为10～30min。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，加入镁盐后，所述的超声分散时间为10～30min。


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【专利技术属性】
技术研发人员：赵文丽，孙姣，吉庆敏，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32