基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，該方法中的反向微乳液主要由(NH4)2CO3水溶液或NH4HCO3水溶液、復(fù)配表面活性劑和助表面活性劑組成(要求HLB值＝3.0～7.0)，以有機(jī)鈣的醇溶液為鈣源，通過調(diào)控W/O體系水相、油相的體積比以及改變外加質(zhì)點(diǎn)溶液與水相質(zhì)點(diǎn)溶液的摩爾濃度比，在常溫常壓下制備成邊長小于25nm的正六邊形碳酸鈣晶粒。本發(fā)明制備的正六邊形碳酸鈣納米顆粒具有尺寸小、比表面積大、表面能高、有較高的活性、致密速度快可降低燒結(jié)溫度等性能，可廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能材料、化學(xué)催化、醫(yī)學(xué)、化妝品、高光潔度結(jié)構(gòu)部件制造、石質(zhì)文物保護(hù)與修復(fù)等領(lǐng)域，是一類具有廣闊使用空間的無機(jī)材料。
【專利說明】
基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)類材料的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用反向微乳液制備正六邊形納米碳酸鈣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反向微乳液法是近幾年才流行起來的制備材料的新方法，通過尋求一種或者多種微乳液的配制來合成出不同尺寸和形狀的粒子，從而得到人們所需性質(zhì)的相關(guān)材料。微乳液是兩種互不相溶的液體形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明或半透明的分散體系，微觀上是由表面活性劑界面膜所穩(wěn)定的一種或兩種液體的微滴所構(gòu)成。在結(jié)構(gòu)方面，微乳液有0/W和W/0兩種類型，前者是油相分散在水相中，后者即水相分散在油相中，不同類型的微乳液主要是由表面活性劑所造成的HLB值所決定的。均勻分散相的質(zhì)點(diǎn)通常為球形，半徑小(10?10nm)，是熱力學(xué)穩(wěn)定體系。由于分散質(zhì)點(diǎn)尺寸小且均勻，所以當(dāng)有外來質(zhì)點(diǎn)在物理作用下“入侵”時(shí)，兩種質(zhì)點(diǎn)內(nèi)部相融合，在外面包圍著的勾相作用下，相溶后的質(zhì)點(diǎn)尺寸、形狀幾乎不發(fā)生變化，此時(shí)“新”質(zhì)點(diǎn)就變成了微反應(yīng)器，相應(yīng)的粒子就在反應(yīng)器里生成。印度Ashok K.Ganguli等三位科學(xué)家在Chemical Society Reviews上發(fā)表了長達(dá)12頁的綜述文章，詳細(xì)介紹了微乳液的性質(zhì)以及用途。目前，利用微乳液合成材料主要集中在硅材料以及電池的催化劑方面，并且取得不錯(cuò)的效果，比如湖南大學(xué)譚蔚泓教授團(tuán)隊(duì)利用正硅酸乙酯(TEOS)分解、W/0體系合成了納米級(jí)尺寸的二氧化硅微球。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種利用各向同性、性質(zhì)穩(wěn)定的反向微乳液及具有活性的有機(jī)鈣，在常溫常壓下合成邊長為15?25nm的正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法。
[0004]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案由下述步驟組成:
[0005 ] 1、制備W/0反向微乳液
[0006]將(NH4)2CO3水溶液或NH4HCO3水溶液用氨水調(diào)節(jié)pH值至8?10，然后加入到環(huán)己烷、復(fù)配表面活性劑、助表面活性劑的混合液中，混合均勻，靜置，取上清液，得到W/0反向微乳液，以W/0反向微乳液的總體積為100 %計(jì)，其中(NH4)2CO3水溶液或NH4H⑶3水溶液占I %?4%、復(fù)配表面活性劑占0.5 %?1.5 %、助表面活性劑占I %?3 %，其余為環(huán)己烷，氨水的體積忽略不計(jì)。
[0007]2、制備鈣源溶液
[0008]將純度為99%以上的有機(jī)鈣分散于去離子水中，得到鈣離子濃度為0.005?
0.08mol/L的鈣源溶液，其中所述的有機(jī)鈣是甲醇鈣、乙醇鈣、異丙醇鈣、2-甲氧基乙醇鈣中的任意一種。
[0009]3、制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒
[0010]在攪拌條件下，將步驟2中的鈣源溶液逐滴加入到步驟I的W/0反向微乳液中，控制w/0反向微乳液中碳酸根離子與鈣源溶液中鈣離子的摩爾比為30:0.5?8，滴加完畢后，離心分離，下層懸濁液用超純水再離心洗滌2?4次，干燥，得到正六邊形碳酸鈣納米晶粒。
[0011 ]上述制備W/0反向微乳液步驟I中，以W/0反向微乳液的總體積為100 %計(jì)，優(yōu)選(NH4) 2C03水溶液或NH4HCO3水溶液占2 %?3 %、復(fù)配表面活性劑占0.8 %?1.0 %、助表面活性劑占1.5 %?2.0 %，其余為環(huán)己烷，氨水的體積忽略不計(jì)。
[0012]上述的復(fù)配表面活性劑是聚氧乙烯蓖麻油和司班-80的體積比為6:4?7:3的混合物，所述的助表面活性劑為乙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇中的任意一種。
[0013]上述制備鈣源溶液步驟2中，優(yōu)選鈣源溶液中鈣離子的濃度為0.01?0.04mol/L。
[0014]上述制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒步驟3中，優(yōu)選W/0反向微乳液中碳酸根離子與鈣源溶液中鈣離子的摩爾比為30:1?4。
[0015]本發(fā)明以W/0體系微乳液做“微反應(yīng)器”，由于該體系具有熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、外觀透明及尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明通過調(diào)控W/0體系水相、油相的體積比，以及改變外加質(zhì)點(diǎn)溶液與水相質(zhì)點(diǎn)溶液的摩爾濃度比，在常溫常壓下制備成邊長小于25nm的正六邊形碳酸鈣晶粒，且所制備的碳酸鈣形狀規(guī)整、排列整齊、尺寸極小并且可控，具有比表面積大、表面能高、有較高的活性、致密速度快可降低燒結(jié)溫度等性能，可廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能材料、化學(xué)催化、醫(yī)學(xué)、化妝品、高光潔度結(jié)構(gòu)部件制造、石質(zhì)文物保護(hù)與修復(fù)等領(lǐng)域，是一類具有廣闊使用空間的無機(jī)材料。
【附圖說明】
[0016]圖1是實(shí)施例1制備的正六邊形碳酸鈣納米晶粒的XRD譜圖。
[0017]圖2是實(shí)施例1制備的正六邊形碳酸鈣納米晶粒的場發(fā)射透射電鏡照片。
[0018]圖3是圖2的局部放大圖。
[0019]圖4是實(shí)施例2制備的正六邊形碳酸鈣納米晶粒的場發(fā)射透射電鏡照片。
[0020]圖5是實(shí)施例3制備的正六邊形碳酸鈣納米晶粒的場發(fā)射透射電鏡照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于這些實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]1、制備W/0反向微乳液
[0024]將1.2mL聚氧乙烯蓖麻油、0.8mL司班-80、3mL乙醇混合均勻后加入到200mL環(huán)己烷中；向511^質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.3 %的(NH4)2CO3水溶液中滴加氨水，調(diào)節(jié)其pH值為9.4，然后將其滴加到上述環(huán)己烷中，攪拌均勻，靜置2小時(shí)，取上清液，得到W/0反向微乳液。
[0025]2、制備鈣源溶液
[0026]將0.204g純度為99%以上的甲醇鈣超聲分散于50mL去離子水中，得到鈣離子濃度為0.04mol/L的甲醇I丐溶液。
[0027]3、制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒
[0028]在攪拌條件下，將步驟2中的甲醇鈣溶液取5mL逐滴加入到步驟I的W/0反向微乳液中，W/0反向微乳液中碳酸根離子與甲醇鈣溶液中鈣離子的摩爾比為30: 2，滴加完畢后，離心分離，下層懸濁液用超純水再離心洗滌2?4次，40°C干燥，得到正六邊形碳酸鈣納米晶粒。
[0029]所得產(chǎn)品采用D/Max-3cX型X-射線衍射儀(XRD) ,Tecnai G2F20型場發(fā)射透射電子顯微鏡分別進(jìn)行表征，結(jié)果見圖1?3。由圖1可見，所得產(chǎn)品為碳酸鈣。由圖2和3可見，所得碳酸鈣呈正六邊形，且排列整齊，單個(gè)正六邊形的邊長為15?20nm。
[0030]實(shí)施例2
[0031]本實(shí)施例的步驟I與實(shí)施例1相同；本實(shí)施例的步驟2中，將0.102g純度為99%以上的甲醇鈣超聲分散于50mL去離子水中，得到鈣離子濃度為0.02mol/L的甲醇鈣溶液;本實(shí)施例的步驟3中，在攪拌條件下，將步驟2中的甲醇鈣溶液取5mL逐滴加入到步驟I的W/0反向微乳液中，W/0反向微乳液中碳酸根離子與甲醇鈣溶液中鈣離子的摩爾比為30:1，滴加完畢后，離心分離，下層懸濁液用超純水再離心洗滌2?4次，40°C干燥，得到正六邊形碳酸鈣納米晶粒。由圖4可見，所得碳酸鈣呈正六邊形，且排列整齊，單個(gè)正六邊形的邊長為15?25nm0
[0032]實(shí)施例3
[0033]本實(shí)施例的步驟I與實(shí)施例1相同；本實(shí)施例的步驟2中，將0.306g純度為99%以上的甲醇鈣超聲分散于50mL去離子水中，得到鈣離子濃度為0.06mol/L的甲醇鈣溶液;本實(shí)施例的步驟3中，在攪拌條件下，將步驟2中的甲醇鈣溶液取5mL逐滴加入到步驟I的W/0反向微乳液中，W/0反向微乳液中碳酸根離子與甲醇鈣溶液中鈣離子的摩爾比為30: 3，滴加完畢后，離心分離，下層懸濁液用超純水再離心洗滌2?4次，40°C干燥，得到正六邊形碳酸鈣納米晶粒。由圖5可見，所得碳酸鈣呈正六邊形，且排列整齊，單個(gè)正六邊形的邊長為15?20nmo
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于它由下述步驟組成: (1)制備W/0反向微乳液 將(NH4)2CO3水溶液或NH4HCO3水溶液用氨水調(diào)節(jié)pH值至8?10，然后加入到環(huán)己烷、復(fù)配表面活性劑、助表面活性劑的混合液中，混合均勻，靜置，取上清液，得到W/0反向微乳液，以W/0反向微乳液的總體積為100%計(jì)，其中(NH4)2CO3水溶液或NH4HCO3水溶液占I %?4%、復(fù)配表面活性劑占0.5 %?1.5 %、助表面活性劑占I %?3 %，其余為環(huán)己烷，氨水的體積忽略不計(jì)； (2)制備鈣源溶液 將純度為99%以上的有機(jī)鈣分散于去離子水中，得到鈣離子濃度為0.005?0.08mol/L的鈣源溶液，其中所述的有機(jī)鈣是甲醇鈣、乙醇鈣、異丙醇鈣、2-甲氧基乙醇鈣中的任意一種； (3)制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒 在攪拌條件下，將步驟(2)中的鈣源溶液逐滴加入到步驟(I)的W/0反向微乳液中，控制W/0反向微乳液中碳酸根離子與鈣源溶液中鈣離子的摩爾比為30:0.5?8，滴加完畢后，離心分離，下層懸濁液用超純水再離心洗滌2?4次，干燥，得到正六邊形碳酸鈣納米晶粒。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于:在制備W/0反向微乳液步驟(I)中，以W/0反向微乳液的總體積為100%計(jì)，其中(NH4) 2C03水溶液或NH4HCO3水溶液占2 %?3 %、復(fù)配表面活性劑占0.8 %?1.0 %、助表面活性劑占1.5 %?2.0 %，其余為環(huán)己烷，氨水的體積忽略不計(jì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于:所述的復(fù)配表面活性劑是聚氧乙烯蓖麻油和司班-80的體積比為6:4?7: 3的混合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于:所述的助表面活性劑為乙醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇中的任意一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于:在制備鈣源溶液步驟(2)中，所述的鈣源溶液中鈣離子的濃度為0.01?0.04mol/L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反向微乳液制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒的方法，其特征在于:在制備正六邊形碳酸鈣納米晶粒步驟(3)中，控制W/0反向微乳液中碳酸根離子與鈣源溶液中鈣離子的摩爾比為30:1?4。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK105948095SQ201610589834
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月25日
【發(fā)明人】金普軍, 柯曾波, 張悅, 蘆瑾
【申請人】陜西師范大學(xué)