纳米微粉的微波辅助离子液体制备方法技术

本发明专利技术涉及单质、氧化物、硫化物等纳米微粉的微波辅助离子液体制备方法。其特征在于采用室温离子液体作为溶剂或反应物或表面活性剂或催化剂或微波传热介质，选用适当的反应物配制成液相反应体系，在微波场中以适当的功率加热适当的时间。反应结束后，对产物进行分离、洗涤和干燥，即得纳米微粉。本方法具有环保、快速的优点，可在常压下制备，操作工艺简单易行，反应时间短，产率较高，适合于大批量生产。本方法可用于制备不同形貌的单质、氧化物、硫化物等纳米微粉，例如球形颗粒、纳米棒、纳米线等形貌。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米粉体的微波辅助离子液体制备方法，属于纳米粉体制备领域。
技术介绍
微波加热与传统加热相比具有独特的效应和优点，例如快速升温、体加热、加快反应速率、缩短反应时间、提高反应选择性和产率及节省能源等。自从1986年微波技术首次在化学合成中应用以来，微波加热技术在有机合成中的应用迅速增加。但相比之下，微波在无机纳米材料的合成中应用却较少，因此急待更多更深入的研究。室温离子液体(简称为离子液体)是由阳离子和阴离子组成的在室温或近于室温下呈液态的盐类。最早有关室温离子液体硝酸乙基铵的报道可追溯到1914年(P.Walden，Bull.Acad.Imper.Sci.(St.Petersburg)1914，1800)。第一个含有氯铝酸盐的离子液体在1948年被Hurley和Wier发现(F.H.Hurley，U.S.Patent2,446,331，1948)。此后，这些体系就没有被进一步研究。直到20世纪70年代，Osteryoung和Wilkes制备了含氯铝酸盐室温离子液体(H.L.Chum，V.R.Koch，L.L.Miller，R.A.Osteryoung，J.Am.Chem.Soc.1975，97，3264)。20世纪80年代早期，Seddon和Hussey等开始用氯铝酸盐离子液体作为极性溶剂研究过渡金属络合物(T.B.Scheffler，C.L.Hussey，K.R.Seddon，C.M.Kear，P.D.Armitage，Inorg.Chem.1983，22，2099)。1990年离子液体首次用于均相过渡金属催化剂(Y.Chauvin，B.Gilbert，I.Guibard，J.Chem.Communn.，1990，1715)。自从1992年Wilkes等人(J.S.Wilkes，M.J.Zaworotko，J.Chem.Soc.Chem.Commun.，1992，965)合成水稳定性的四氟硼酸盐离子液体后，离子液体的研究成为人们关注的热点。离子液体无蒸气压(不挥发)，不燃烧，导电性好，热稳定性较高，在宽广的温度范围内处于液体状态，可以溶解许多有机物和无机物，并可循环使用，是一种新型的优良溶剂。采用不挥发的离子液体作为溶剂，不会对环境造成污染。更重要的是离子液体是吸收微波的优良介质，如能同微波技术相结合具有快速合成的优点，微波反应时间一般为10分钟，与传统加热法(几小时甚至几十小时)相比大大缩短了合成纳米材料所需时间，大大提高了制备产出效率。
技术实现思路
本专利技术目的在于将微波加热的优点与室温离子液体的优点相结合，发展一种微波辅助离子液体(MAIL)新方法并成功地应用于纳米材料的快速合成。该方法适合于单质包括金属、非金属(Se、Te等)，金属氧化物和金属硫化物等纳米微粉的生产。本专利技术是在常压下采用微波加热含有室温离子液体的液相反应体系来实现纳米微粉的制备。该方法具体包括以下步骤1液相反应体系的配制液相反应体系包括1)至少一种室温离子液体。室温离子液体的作用是作为溶剂或作为反应物或作为表面活性剂或作为催化剂或作为微波传热介质。根据具体的反应体系及所制备材料的要求来选择室温离子液体的种类和用量。可以从下列阳离子和阴离子组合成的离子液体中选取阳离子为N-烷基吡啶离子(+)、N，N′-二烷基咪唑离子(+)、烷基季铵离子(+)和烷基季鏻离子(+)；阴离子为BF4-，PF6-，CF3COO-，C3F7COO-，CF3SO3-，C4F9SO3-，(CF3SO2)2N-，(C2F5SO2)N-，(CF3SO2-)3C-，SbF6-，AsF6-，CB11H12-，NO2-。2)其它所用反应物(原料)根据所制备材料的种类不同而进行适当的选取，例如氧化物、金属盐或金属络合物、还原剂、碱性物质或含硫化合物等。盐类可以是硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐或卤化物等。制备氧化物一般需要加入碱性物质如氢氧化物、氨水或其它可产生碱性的物质。制备硫化物选用的硫源包括硫化物或其它可产生硫离子或硫自由基的物质。反应物在室温离子液体中可以是可溶性的也可以是不溶性的，不溶性的反应物在离子液体中形成悬浮液。反应物的浓度一般为0.001-10摩尔/升，在0.01-1摩尔/升之间较佳。3)根据制备的需要，有时需要加入至少一种表面活性剂或稳定剂，例如聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、十六烷基三甲基溴化铵等，其浓度在10摩尔/升以下，0.01-1摩尔/升之间较佳。4)根据制备的需要，有时需要将某一种或几种反应物溶解于蒸馏水或去离子水中，配制成水溶液，在一定温度下再加入到含有离子液体的反应体系中。采用超声分散或搅拌如磁力搅拌或机械搅拌的方法将反应物溶解于或悬浮分散于离子液体或水中。2将液相反应体系置于微波场中以适当的功率在40℃至300℃加热2分钟至2小时，其中2分钟至30分钟较佳。根据所制备材料的要求来确定微波加热的功率、温度和时间。3对微波加热后的液相体系中的产物进行分离。分离方法包括离心法分离，或静置沉淀过滤等。分离出的产物用无水乙醇和蒸馏水或去离子水洗涤数次。在60-150℃下干燥，即得纳米微粉。所述的氧化物包括除元素周期表中IA、VIIA、O族以外的固态金属氧化物或IVA、VA、VIA族的固态非金属氧化物。所述的还原剂包括硼氢化钠(NaBH4)、硼氢化钾(KBH4)、水合肼(N2H5OH)和多元醇如乙二醇等。所述的碱性物质是指元素周期表中IA、IIA族的氢氧化物或氨水中一种。所述的含硫化合物包括硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼或多元醇中一种。本方法制备纳米微粉是利用离子液体优良的微波吸收特性和微波加快化学反应速率的优点。离子液体的作用主要是作为溶剂和微波传热介质。此外，离子液体还可作为反应物或表面活性剂或催化剂等。用本专利技术方法制备纳米微粉具有以下优点1)由于离子液体是不挥发的绿色优良溶剂，因此该方法是绿色环保的，可以避免对环境造成污染。2)由于微波具有加快反应速率的优点，离子液体是吸收微波的优良介质，因此该方法具有快速合成(一般在2-30分钟)的优点，提高了产出效率，并可节约能源。3)通过适当控制制备条件，该方法即可用于制备球形颗粒，又可用于制备纳米棒，纳米线等。4)产物的形貌、颗粒大小和纳米棒、纳米线的长径比可以通过调节制备条件来加以控制。5)制备工艺简单，不需要复杂昂贵的设备。6)产物的产率较高，适合于大批量生产。附图说明图1.用微波辅助离子液体法制备纳米微粉的制备工艺流程之一图2.用微波辅助离子液体法制备纳米微粉的制备工艺流程之二图3用微波辅助离子液体法制备的Te纳米棒的XRD4用微波辅助离子液体法制备的Te纳米棒的TEM照片图5用微波辅助离子液体法制备的Te纳米线的TEM照片图6用微波辅助离子液体法制备的ZnO纳米棒的TEM照片具体实施方式下面结合实施例子对本专利技术作更具体详细的说明实施例1.制备碲的球形纳米粒子微粉将3mg二氧化碲(TeO2)和30mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到0.5毫升N-丁基吡啶四氟硼酸盐BF4的离子液体中，用磁力搅拌器搅拌，使反应物溶解或混合均匀。用高聚焦单模微波反应器(美国CEM公司制造)加热到100℃。逐滴加入0.12毫升浓度为3.67摩尔/升的NaBH4水溶液。在100℃保持10分钟，然后终止微波加热，待溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米微粉的微波离子液体制备方法，包括离子液相反应体系的配制，微波加热液相反应体系，产物的分离、洗涤和烘干。其特征在于包括以下几个步骤：（１）液相反应体系的配制（ａ）至少选用一种从下列阳离子和阴离子组合成的离子液体中选取的室温 离子液体；所述的阳离子为Ｎ－烷基吡啶离子［ＲＰｙ］↑［＋］、Ｎ，Ｎ↑［１］－二烷基咪唑离子［ＲＲ′ＩＭ］↑［＋］、烷基季铵离子［ＮＲ↓［１］Ｒ↓［２］Ｒ↓［３］Ｒ↓［４］］↑［＋］或烷基季鏻离子［ＰＲ↓［１］Ｒ↓［２］Ｒ↓［３］Ｒ↓［４］］↑［＋］中一种；所述的阴离子为ＢＦ↓［４］↑［－］，ＰＦ↓［６］↑［－］，ＣＦ↓［３］ＣＯＯ↑［－］，Ｃ↓［３］Ｆ↓［７］ＣＯＯ↑［－］，ＣＦ↓［３］ＳＯ↓［３］↑［－］，Ｃ↓［４］Ｆ↓［９］ＳＯ↓［３］↑［－］，（ＣＦ↓［３］ＳＯ↓［２］）↓［２］Ｎ↑［－］，（Ｃ↓［２］Ｆ↓［５］ＳＯ↓［２］）↓［２］Ｎ↑［－］，（ＣＦ↓［３］ＳＯ↓［２］↑［－］）↓［３］Ｃ↑［－］，ＳｂＦ↓［６］↑［－］，ＡｓＦ↓［６］↑［－］，ＣＢ↓［１１］Ｈ↓［１２］↑［－］，ＮＯ↓［２］↑［－］中一种；（ｂ）依制备的纳米微粉的种类进行反应物的选取，包括氧化物、金属盐类或络合物、还原剂、碱性物质或含硫化合物；反应物加到室温离子液体中形成均一溶液或悬浮液，反应物的浓度为０．００１－１０摩尔／升；或将一种或几种反应物先溶解于蒸馏水 或去离子水中，配制成水溶液，然后在一定温度下再加入到离子液体中，反应物的浓度也为０．００１－１０摩尔／升；（ｃ）或依需要至少加入一种表面活性剂或稳定剂，其浓度低于１０摩尔／升；（２）将步骤配制的液相反应体系置于微波场中在４０ ℃－３００℃加热２分钟－２小时，具体加热功率、加热时间和温度依所制备的纳米材料而确定；（３）对微波加热后的液相反应体系中的产物进行分离，对分离出的产物进行洗涤和干燥处理，干燥温度为６０℃－１５０℃。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱英杰，王卫伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]