一種制備納米級含釩方鈉石的方法與流程

本發(fā)明涉及一種制備納米級含釩方鈉石的方法，更具體地涉及在無任何有機添加劑和結構導向劑存在下，制備納米級含釩方鈉石的方法。

背景技術：

方鈉石(SOD)是最傳統(tǒng)的分子篩之一，由體心立方排列的SOD籠(亦即β籠，由6個四元環(huán)和8個六元環(huán)組成)通過其四元環(huán)和六元環(huán)連接而成。方鈉石具有立體Im3m晶格對稱結構，其六元環(huán)的孔口直徑約0.28nm，骨架最大空隙直徑為0.63nm。由于方鈉石的孔口直徑小，僅允許諸如He，NH₃，H₂O和H₂的小分子和一些離子通過，使其在小尺寸分子的分離儲存具有潛在的應用價值，如分離含氫混合物和儲氫。同時，由于方鈉石的β籠內空腔體積為0.150nm³，可填充非化學計量的鹽類、金屬原子簇(Cluster)等。若以高能量的輻射(如電子、γ、X及紫外射線)照射充填了非化學計量堿金屬鹽的方鈉石時，會受激產生光致變色現(xiàn)象，由此方鈉石可作為潛在的光學等功能材料。此外，方鈉石具有較高的離子交換能力，為潛在的催化劑良好載體。如方鈉石負載堿金屬是良好的炭燃燒催化劑，可用來消除柴油發(fā)動機上的積炭。

在制備含金屬元素的方鈉石時，往往用離子交換法獲得非鈉的金屬元素。而在制備過程中加入其它金屬源從而獲得含某種金屬元素的方鈉石鮮有報道。

本發(fā)明的目的旨在提供一種在無任何有機添加劑和結構導向劑存在的條件下，直接制備純納米級含釩方鈉石的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種制備納米級含釩方鈉石的方法，能夠在無任何有機添加劑和結構導向劑存在的條件下，用釩源(如含釩的金屬鹽)、硅源及鋁源直接合成純納米級含釩方鈉石。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種制備納米級含釩方鈉石的方法，步驟包括：

(1)在硅源中加入水或堿液溶解，得到含硅溶液；

(2)在鋁源中加入水或堿液溶解，得到含鋁溶液；

(3)在釩源中加入水溶解，得到含釩溶液；

(4)在攪拌條件下，將所述含硅溶液、含鋁溶液和含釩溶液混合均勻，得到含釩硅鋁的堿性混合漿液；

(5)將所述含釩硅鋁的堿性混合漿液在40～200℃下晶化1～48小時，得到納米級含釩方鈉石。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(1)中的硅源在堿液或水中可溶解，可使用的無機硅源如硅酸鈉、硅酸鉀或硅酸銨，有機硅源如正硅酸四乙酯。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(2)中的鋁源在堿液或水中可溶解，可使用的無機鋁源如鋁酸鈉、硫酸鋁或氫氧化鋁，有機鋁源如異丙醇鋁。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(1)和(2)中的堿為堿金屬氫氧化物，優(yōu)選為氫氧化鈉。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(3)中的釩源為無機釩鹽，優(yōu)選為釩酸鈉和/或偏釩酸鈉。

步驟(4)的混合方式可以為將其中兩種溶液先混合，再與第三種溶液混合；也可以直接將三種溶液混合。具體的混合方式如：a.將含硅溶液滴入含鋁溶液中，也可將含鋁溶液滴入含硅溶液中，攪拌均勻得到含硅和鋁的混合液，然后滴入含釩溶液；b.將含釩溶液滴入含硅溶液中，也可將含硅溶液滴入含釩溶液中，攪拌均勻得到含硅和釩的混合液，然后滴入含鋁溶液；c.將含釩溶液滴入含鋁溶液中，也可將含鋁溶液滴入含釩溶液中，攪拌均勻得到含鋁和釩的混合液，然后滴入含硅溶液。

步驟(5)的晶化又稱為水熱晶化法，一般是在特制的密閉反應器(高壓釜)中，采用水溶液作為反應介質，通過對反應器加熱，創(chuàng)造一個高溫、高壓反應環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質溶解并且重結晶以形成分散的納米晶核的方法，以實現(xiàn)晶體的生長。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟(5)的晶化結束后，用0.01～0.02M的NaOH水溶液洗滌初產物，然后用去離子水洗直至中性，優(yōu)選在70℃下干燥，得到納米級含釩方鈉石。

在本發(fā)明的實施例中，將硅源的用量以SiO₂計，鋁源的用量以Al₂O₃計，堿的用量以M₂O計，M為堿金屬元素，步驟4)所述含釩硅鋁的堿性混合漿液中各物質摩爾比為SiO₂：Al₂O₃：Na₂O：H₂O＝1：(0.16～1)：(8～60)：(40～130)。在得到的納米級含釩方鈉石中，釩元素占含釩方鈉石的摩爾百分數(shù)為0.01～5％。

根據(jù)實施例，上述方法制備的產物均為納米級含釩方鈉石，其晶粒粒徑小于1微米。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術的實質性區(qū)別在于，將硅源和鋁源在水或堿液中溶解，然后加入含釩溶液，在無任何有機添加劑和結構導向劑存在的條件下，直接合成納米級含釩方鈉石。

附圖說明

圖1是實施例1合成物的XRD(X射線衍射)譜圖。

圖2是實施例1合成物的SEM(掃描電鏡)圖。

具體實施方式

實施例1

(1)將20毫升蒸餾水加入至25.2克的九水硅酸鈉中，溶解得到含硅溶液；

(2)將23毫升11.6％(質量濃度)的氫氧化鈉溶液加入至7.3克的偏鋁酸鈉中，溶解得到含鋁溶液；

(3)將15.0克的十二水釩酸鈉溶解于35毫升蒸餾水中，溶解得到含釩溶液；

(4)在攪拌下將含硅溶液逐漸滴加至含鋁溶液中，也可以在攪拌下將含鋁溶液逐漸滴加至含硅溶液中，攪拌均勻得到含硅和鋁的混合液；

(5)在攪拌下將釩酸鈉溶液逐漸滴加至含硅和鋁的混合液中，攪拌均勻，得到含釩硅鋁的堿性混合漿液；

(6)將含釩硅鋁的堿性混合漿液轉入晶化釜中，在150℃晶化24小時，得到初產物；

(7)將初產物用0.015M的NaOH水溶液洗滌，然后去離子水洗滌至中性。在70℃干燥3小時。獲得納米級方鈉石。

XRD表征結果見圖1，可以看出產物具有SOD結構，無其它雜質峰出現(xiàn)。EDS表征結果表明含釩量為0.49％(摩爾百分數(shù))。SEM表征結果見圖2，可知 合成物為納米級晶粒堆積物，晶粒粒徑小于1微米。由此，合成出了納米級含釩方鈉石。

實施例2

(1)將10毫升蒸餾水加入至12.6克的九水硅酸鈉中，溶解得到含硅溶液；

(2)將23毫升11.6％(質量濃度)氫氧化鈉溶液加入至3.8克的偏鋁酸鈉中，溶解得到含鋁溶液；

(3)將3.3克的偏釩酸鈉溶解于18毫升蒸餾水中，溶解得到含釩溶液；

(4)在攪拌下將含鋁溶液逐漸滴加至含硅的溶液中，攪拌均勻得到含硅和鋁的混合液；

(5)在攪拌下將偏釩酸鈉溶液逐漸滴加至含硅和鋁的混合液中，攪拌均勻，得到含釩硅鋁的堿性混合漿液；

(6)將含釩硅鋁的堿性混合漿液轉入晶化釜中，在150℃晶化24小時，得到初產物；

(7)將初產物用0.015M的NaOH水溶液洗滌，然后去離子水洗滌至中性。在70℃干燥3小時。獲得納米級方鈉石。

由XRD表征結果可知，合成產物具有與圖1相似的結構，為純SOD。EDS表征結果表明，其中含釩0.1％(摩爾百分數(shù))。SEM表征結果如圖2，產物為納米級。由此，合成出了納米級含釩方鈉石。

應當注意的是，以上所述的實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的任何限制。通過參照典型實施例對本發(fā)明進行了描述，但應當理解為其中所用的詞語為描述性和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權利要求的范圍內對本發(fā)明作出修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內對本發(fā)明進行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉及特定的方法、材料和實施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā)明可擴展至其他所有具有相同功能的方法和應用。