一种制备珊瑚结构多孔硼酸的方法与流程

本发明属于无机功能材料制备技术领域，涉及一种珊瑚结构多孔硼酸的制备方法。

背景技术：

无机多孔材料具有相对密度小、比表面积大、传质速度快等优点，其中珊瑚结构多孔材料是近年来受到特别关注的一类功能材料，在新型催化材料、生物材料和电池材料等方面展现出巨大和潜在应用前景。

硼酸等含硼化学品因为硼的缺电子性等电子及结构特征，使表现出诸如刺激响应发光、杀菌、导热和离子捕获等特性，在电池材料、催化、生物材料、医学诊断等诸多领域的应用性能受到关注。例如：多孔硼酸可以选择性提取分离木犀草素，同时，硼酸是氮化硼等含硼材料前驱体，而多孔氮化硼等含硼材料在烷烃催化制乙烯、水的净化和储氢等方面展现出新的应用前景，具有不可替代性。但当前生产的硼酸大多为片层状结晶，很难满足对硼酸表面反应活性、高比表面积和多孔性要求,因此有必要开发和提出有关多孔硼酸的制备技术。

本发明的目的是提出一种珊瑚结构多孔硼酸的制备方法，为拓宽硼酸应用领域，以及提高硼酸在电池材料、生物材料设计及催化等方面应用性能提供可选择的材料支撑。

技术实现要素：

本发明提供一种珊瑚状多孔硼酸的制备方法，该方法基于海洋中珊瑚礁结构形成机理，选择一些廉价和易脱除的含羟基有机分子为诱导剂，在有机诱导分子作用下，通过改变溶解-结晶-再溶解过程中温度梯度等，获得珊瑚结构多孔硼酸。该方法可实现硼酸产品颗粒大小均一，操作安全、简单，其多孔结构可以提高表面反应活性和使用效率。

本发明的技术方案是以传统结晶硼酸为原料，以苯酚、苯甲酸、c5以下含羟基的醇、酸或醇胺与水的混合液为溶剂，混合液中可以同时含有这些有机组分中的两种或两种以上。将原料硼酸放入到混合液溶剂中，加热使其溶解并接近饱和，形成硼酸溶解液；再对该硼酸溶解液进行控制降温使其达到饱和析出晶体；然后将其逐渐升温，放置一段时间，以调控析出硼酸的形貌；进一步，将调控形貌后的硼酸固液混合料自然冷却至室温，经抽滤、干燥即可得到珊瑚状多孔硼酸。这种制备珊瑚状多孔硼酸的方法，其特征在于制备工艺过程、制备中所用有机溶剂及含水量的配方设计、降温速率及升温速率控制，具体如下：

一种制备珊瑚结构多孔硼酸的方法，步骤如下：

步骤1：将硼酸加入到装有混合液溶剂的压力容器中，将压力容器加热至60～200℃使硼酸完全溶解，期间适度搅拌，以加快溶解速度；

所述的硼酸为工业或高纯结晶硼酸，其纯度可以是工业级、分析纯或核电级纯度，根据应用要求确定。

硼酸加入量根据设定温度下硼酸在混合液溶剂中溶解度大小确定，以设定温度下刚好使加入的硼酸完全溶解为宜，不能多于该量。

混合液溶剂由水与有机物组分混合而成，二者的质量比为0.5～20：80～99.5，有机物组分为苯酚、苯甲酸、c5以下含羟基的醇、酸、醇胺中的一种或两种以上组合。

步骤2：将步骤1得到的硼酸溶解液，按照降温速率0.2～20℃/分钟降至0～20℃，并保温0.2～10小时范围内，使析出的硼酸趋于完全和稳定，获得类球形硼酸颗粒；

步骤3：将步骤2所得含类球形硼酸颗粒的固液混合料，按照升温速率2～10℃/分钟升至30～40℃，保温放置0.2～1小时，然后自然冷却至室温，使类球形硼酸转化为珊瑚结构多孔硼酸；

步骤4：将步骤3所得含珊瑚结构多孔硼酸的固液混合料，在室温条件下经过过滤、干燥，即获得珊瑚结构多孔硼酸产品。

步骤4中所述干燥温度控制在20～110℃范围内；

步骤5：将分离出硼酸后的母液继续作为溶解液循环使用。

本发明的有益效果：基于海洋中多糖有机分子对珊瑚礁形貌诱导机理，类比选择含羟基有机分子对硼酸结晶过程进行诱导干预，通过改变含羟基有机分子结构，即混合液溶剂的组成，改变硼酸结晶颗粒形貌，再通过温度调控调变硼酸晶体形貌和孔结构，获得珊瑚状多孔硼酸，整个过程无需其它助剂或特殊设备，料液循环利用环保节约，可规模化生产，产率高，成本低，制备过程不引进有害杂质，容易获得高纯产品。本发明为低成本制备珊瑚结构多孔硼酸提供了新途径，有望应用于电池、生物材料、催化材料等领域。

附图说明：

图1为本发明实施例1所制备硼酸的sem照片。

图2为本发明实施例1所制备硼酸粉体的xrd图谱与分析纯硼酸xrd图谱对比图。

图3为本发明实施例1所得硼酸的氮吸附平衡曲线。

图4为本发明实施例2所制备硼酸的sem照片。

图5为本发明实施例3所制备硼酸的sem照片。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

将80g分析纯硼酸加入装有100g混合液溶剂的压力容器中，其中混合液溶剂由乙醇、丙三醇和水按上述配方比例配制；加热压力容器使温度达到150℃得到澄清溶液；再控制降温速率3～5℃/分钟，使温度降至20℃，放置1h，再以升温速率2℃/分钟升至30～40℃放置30min，再自然冷却至室温，可得到大量白色结晶料液，将该料液进行抽滤，60℃干燥，即可获得珊瑚状多孔硼酸粉体，其形貌如图1所示；所得粉体的x射线衍射图见图2，经分析符合标准卡片jcpdsno.30-0199；对应平衡吸附曲线如图3所示，证明其有丰富孔结构。

实施例2

将30g分析纯硼酸加入装有10g混合液溶剂的压力容器中，其中混合液溶剂由甲醇、异丙醇和水按上述配方比例配制；加热压力容器使温度达到80℃得到澄清溶液；再控制降温速率2～3℃/分钟，使温度降至20℃，放置1h，再以升温速率2～4℃/分钟升至40℃放置30min，再自然冷却至室温，可得到大量白色结晶料液，将该料液进行抽滤，60℃干燥，得到丰富的管状多孔珊瑚结构硼酸，其形貌如图4所示。

实施例3

将45g分析纯硼酸加入装有100g混合液溶剂的压力容器中，其中混合液溶剂由乙醇、正丁醇和水按上述配方比例配制；加热压力容器使温度达到110℃得到澄清溶液；再控制降温速率3～5℃/分钟，使温度降至5℃，放置1h，再以升温速率3～5℃/分钟升至40℃放置1h，再自然冷却至室温，可得到大量白色结晶溶液，将该溶液进行抽滤，60℃干燥，即可获得疏松珊瑚多孔硼酸粉体，其形貌如图5所示。

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