一種納米硼酸鋅晶須的制備方法及應(yīng)用與流程

本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米硼酸鋅晶須的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

硼酸鋅具有綠色、無毒、抑煙、促進(jìn)積碳、防止熔滴等特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境友好，可以作為潤滑油添加劑、耐火陶瓷材料、非線性光學(xué)材料、固體電極材料等。硼酸鋅作為填料使用時(shí)，也存在著無機(jī)相與有機(jī)相之間的兼容問題，從而導(dǎo)致材料本身的性能有所降低。為了解決這個(gè)問題，前期的研究工作主要是集中在硼酸鋅的細(xì)化和硼酸鋅的表面改性兩個(gè)方面：相比微米級(jí)的硼酸鋅，納米級(jí)的硼酸鋅顆粒與聚合物之間的相容性較好。

晶須是一種纖維狀單晶，有著近乎一致的橫斷面，內(nèi)外結(jié)構(gòu)高度完整，長徑比在5～1000以上，直徑通常在20nm～100μm之間，晶須原子排列高度有序，內(nèi)含缺陷較少，其強(qiáng)度接近材料原子間鍵力的理論值，是一種高性能材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種納米硼酸鋅晶須的制備方法：在鋅鹽和硼酸的混合溶液中加入無機(jī)堿溶液，反應(yīng)生成硼酸鋅，繼續(xù)加入無機(jī)堿溶液，調(diào)節(jié)料液的pH使之達(dá)到一個(gè)有利于晶須生長的環(huán)境，采用水熱合成的方法，制備直徑約為80～100nm、長徑比在20～50之間的納米硼酸鋅晶須，

具體操作如下：

(1)將鋅鹽和硼酸配置成混合溶液，

其中，鋅鹽和硼酸的摩爾比為1:1～1:2，鋅鹽和硼酸的摩爾濃度均不高于1.20mol/L，

鋅鹽為可溶性鋅鹽：硝酸鋅、硫酸鋅、氯化鋅中的一種或幾種的組合；

(2)向步驟(1)的混合溶液中滴加無機(jī)堿溶液，直至溶液由澄清透明狀變成乳白色懸浮液，此時(shí)反應(yīng)生成了硼酸鋅，

控制無機(jī)堿溶液的滴加速率為12～18d/min，其中，無機(jī)堿為NaOH、KOH中的一種或兩種的組合；

(3)向步驟(2)的乳白色懸浮液中加入晶型模板劑，繼續(xù)攪拌并加入無機(jī)堿溶液，調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為8.00～9.00，形成一個(gè)有利于晶須生長的穩(wěn)定環(huán)境，

晶型模板劑的量為鋅鹽摩爾量的0.02～0.10倍，其中，晶型模板劑為硫酸鈉、硫酸鉀中的一種或兩種的組合；

(4)將步驟(3)所得的混合體系轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，冷卻，過濾、洗滌濾餅并烘干，得到直徑為80～100nm，長徑比為20～50的納米硼酸鋅晶須，

轉(zhuǎn)入時(shí)控制釜的填充度為70～85％，將水熱反應(yīng)釜轉(zhuǎn)移至烘箱中，控制烘箱的升溫速率為5℃/min，溫度升至240℃，恒溫保持18～24h，再繼續(xù)以5℃/min的降溫速率降至80℃后，置于常溫(25℃)下陳化6～10h，

濾餅用去離子水洗滌3次后再用無水乙醇洗滌3次，在80～100℃下烘干。

本發(fā)明還提供了一種上述方法所制備的納米硼酸鋅晶須的應(yīng)用：即采用納米硼酸鋅晶須進(jìn)行脫硝。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米硼酸鋅晶須的XRD圖。

圖2：本發(fā)明實(shí)施例1制備的納米硼酸鋅晶須的電鏡圖。

圖3：本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例1制備的納米硼酸鋅的電鏡圖。

圖4：本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例2制備的納米硼酸鋅的電鏡圖。

圖5：本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例3制備的納米硼酸鋅的電鏡圖。

圖6：本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例4制備的納米硼酸鋅的電鏡圖。

圖7：本發(fā)明對(duì)比實(shí)施例5制備的納米硼酸鋅的電鏡圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)將14.88g的硝酸鋅(Zn(NO₃)₂)、4.64g的硼酸(H₃BO₃)加入到去離子水中配置成100ml的混合溶液，置于40℃的恒溫水浴中攪拌30min，轉(zhuǎn)速為500rpm/min；

(2)向步驟(1)中的混合溶液中滴加濃度為4.00wt％的NaOH溶液50g，滴加速率控制為12d/min，直至溶液由澄清透明狀變成乳白色懸浮液；

(3)向步驟(2)的乳白色懸浮液中加入0.34g的硫酸鈉，攪拌30min后加入5.00mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為9.00；

(4)將步驟(3)所得的混合體系轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，控制釜的填充度為80％，將水熱反應(yīng)釜轉(zhuǎn)移至烘箱中，控制烘箱的升溫速率為5℃/min，溫度升至240℃恒溫保持24h，再繼續(xù)以5℃/min的降溫速率降至80℃后，置于常溫(25℃)下陳化6h，過濾、洗滌濾餅并80℃烘干，得到直徑為80～100nm，長徑比為20～50的納米硼酸鋅晶須。

在光輔助-SCR脫銷裝置的石英管中加入150mg的本實(shí)施例制備的納米硼酸鋅晶須，NH₃、NO、O₂的初始濃度分別為：1000ppm，1000ppm，3％(相對(duì)于氣體總流量)，空速為25000h^-1，氣體總流量控制在100ml/min，所使用的光源為200W的氙燈，光波長為：380～780nm。用煙氣檢測儀檢測剩余NO濃度，測得該吸附劑對(duì)NO的轉(zhuǎn)化率達(dá)94.5％。

實(shí)施例2

(1)將29.73g的硝酸鋅(Zn(NO₃)₂)、9.27g的硼酸(H₃BO₃)加入到去離子水中配置成200ml的混合溶液，置于40℃的恒溫水浴中攪拌30min，轉(zhuǎn)速為800rpm/min；

(2)向步驟(1)中的混合溶液中滴加濃度為4.00wt％的KOH溶液100g，滴加速率控制為12d/min，直至溶液由澄清透明狀變成乳白色懸浮液；

(3)向步驟(2)的乳白色懸浮液中加入0.87g的硫酸鉀，攪拌30min后加入5.00mol/L的KOH溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為8.00；

(4)將步驟(3)所得的混合體系轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，控制釜的填充度為70％，將水熱反應(yīng)釜轉(zhuǎn)移至烘箱中，控制烘箱的升溫速率為5℃/min，溫度升至240℃恒溫保持22h，再繼續(xù)以5℃/min的降溫速率降至80℃后，置于常溫(25℃)下陳化8h，過濾、洗滌濾餅并80℃烘干，得到直徑為80～100nm，長徑比為20～50的納米硼酸鋅晶須。

實(shí)施例3

(1)將7.44g的硝酸鋅(Zn(NO₃)₂)、2.32g的硼酸(H₃BO₃)加入到48.95g的去離子水中配置成混合溶液，置于40℃的恒溫水浴中攪拌30min，轉(zhuǎn)速為600rpm/min；

(2)向步驟(1)中的混合溶液中滴加濃度為4.00wt％的KOH溶液25g，滴加速率控制為12d/min，直至溶液由澄清透明狀變成乳白色懸浮液；

(3)向步驟(2)的乳白色懸浮液中加入0.36g的硫酸鈉，攪拌30min后加入5.00mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為9.00；

(4)將步驟(3)所得的混合體系轉(zhuǎn)入到水熱反應(yīng)釜中，控制釜的填充度為75％，將水熱反應(yīng)釜轉(zhuǎn)移至烘箱中，控制烘箱的升溫速率為5℃/min，溫度升至240℃恒溫保持22h，再繼續(xù)以5℃/min的降溫速率降至80℃后，置于常溫(25℃)下陳化8h，過濾、洗滌濾餅并80℃烘干，得到直徑為80～100nm，長徑比為20～50的納米硼酸鋅晶須。

對(duì)比實(shí)施例1

步驟(2)中，將NaOH溶液的滴加速率控制為20d/min，其余操作同實(shí)施例1不變。制備出的產(chǎn)品中有少量的晶須生成，且晶須附著在較大顆粒上，如圖3。

在光輔助-SCR脫銷裝置的石英管中加入150mg的本對(duì)比實(shí)施例制備的納米硼酸鋅晶須，脫硝實(shí)驗(yàn)手段與實(shí)施例1中相同。用煙氣檢測儀檢測剩余NO濃度，測得該吸附劑對(duì)NO的轉(zhuǎn)化率達(dá)17.6％。

對(duì)比實(shí)施例2

步驟(3)中，向懸浮液中加入0.87g的硫酸鉀，其余操作同實(shí)施例1不變。制備出的產(chǎn)品為粗短的棒狀，并且有粘結(jié)，如圖4。

對(duì)比實(shí)施例3

不進(jìn)行水熱處理，其余操作同實(shí)施例1不變：

(1)將14.88g的硝酸鋅(Zn(NO₃)₂)、4.64g的硼酸(H₃BO₃)加入到去離子水中配置成100ml的混合溶液，置于40℃的恒溫水浴中攪拌30min，轉(zhuǎn)速為500rpm/min；

(2)向步驟(1)中的混合溶液中滴加濃度為4.00wt％的NaOH溶液50g，滴加速率控制為12d/min，直至溶液由澄清透明狀變成乳白色懸浮液；

(3)向步驟(2)的乳白色懸浮液中加入0.34g的硫酸鈉，攪拌30min后加入5.00mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)懸浮液的pH值為9.00；

(4)將步驟(3)所得的混合體系置于常溫(25℃)下陳化6h，過濾、洗滌濾餅并80℃烘干。

制備出的產(chǎn)品為簇狀，如圖5。

對(duì)比實(shí)施例4

步驟(4)中，水熱反應(yīng)溫度為240℃，保溫時(shí)間為16h，其余操作同實(shí)施例1不變。制備出的產(chǎn)品為粗細(xì)不一的長棒狀，如圖6。

在光輔助-SCR脫銷裝置的石英管中加入150mg的本對(duì)比實(shí)施例制備的納米硼酸鋅晶須，脫硝實(shí)驗(yàn)手段與實(shí)施例1中相同。用煙氣檢測儀檢測剩余NO濃度，測得該吸附劑對(duì)NO的轉(zhuǎn)化率達(dá)27.5％。

對(duì)比實(shí)施例5

步驟(3)不進(jìn)行，其余操作同實(shí)施例1不變。制備出的產(chǎn)品為粗細(xì)不一的長棒狀，如圖7。