一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料。本发明的技术方案要点为：在含有表面活性剂的有机溶剂中溶解可溶性钙盐，使之与表面活性剂之间通过搅拌充分作用，然后加入过量的尿素，在一定的温度和压力条件下，通过尿素的分解产生碳酸根离子，与溶液中的钙离子反应得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料。本发明的碳酸钙微纳米材料由小的纳米颗粒组装而形成，这使得碳酸钙空壳的表面具有一定大小的孔结构，这种孔结构可以增大材料的比表面积，有利于空壳内外的物质扩散，在重金属去除和药物负载等领域具有很好的应用前景。
【专利说明】一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料
【技术领域】
[0001]本发明属于无机材料【技术领域】，具体涉及一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料。
【背景技术】
[0002]多孔材料因其独特的孔结构而具有较大的比表面积，进而表现出一些独特的性能，在能源、环保、化学工业等诸多领域已经有了初步的应用，并有待进一步深入开发；空心球材料自发现以来，以其独特的结构和性能引起人们越来越多的关注，不仅已成为当前研究开发的热点，而且其实际应用也取得了显著的进展。相比于实心球结构，空壳结构的物质具有较大的内部空间，这种结构使它可作为药物、染料、催化剂等的载体，在储氢、储能等方面也极具潜力。空心球材料独有的隔热保温、防火耐水、防辐射和耐腐蚀特性，可以在节约能源方面发挥重要的作用，这对于缓解世界范围内的能源紧张具有重大意义。另外由于与块体材料相比，空壳结构物质具有比表面积大、密度小等优点，其应用范畴更是不断扩大。
[0003]正是由于空壳材料广阔的应用前景和其潜在的经济效益，对它们的研究、开发和应用必将成为材料领域的持续热点，并且研究的重点将在于开发有效、高效的制备方法，达到对材料组成、尺寸、壳层结构及壳层厚度的有效调控，进而实现材料的预期性能。
[0004]多孔空壳碳酸钙，既有多孔材料所具备的较大的比表面积和较大的吸附性能，又兼具了空壳材料所表现出的作为载体、轻质等优异性能，同时由于碳酸钙本身所具有的良好的生物相容性和可降解性，使其在用作药物载体、重金属去除等方面有着很好的应用前景。然而至今未见在有机溶剂中合成具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料的报道。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是提供了一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，该碳酸钙微纳米材料由小的纳米颗粒堆积而形成，这使得碳酸钙空壳的表面具有一定大小的孔结构，这种孔结构可以增大材料的比表面积，有利于空壳内外的物质扩散，在重金属去除和药物负载等领域具有很好的应用前景。
[0006]本发明的技术方案为:一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，其特征在于是由以下方法制备而成的:(1)将0.10-0.25g表面活性剂于室温搅拌的条件下溶解在35mL有机溶剂中，直至澄清形成含有表面活性剂的有机溶剂；(2)在含有表面活性剂的有机溶剂中溶解可溶性钙盐，充分搅拌反应；(3)加入过量的尿素搅拌溶解至澄清；(4)将步骤(3)所得的混合溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，经程序设定升温至100-150°C，保持8_15h后自然冷却至室温，将所得产物离心洗涤即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP )、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB )或十六烷基三甲基氯化 铵(CTAC)，所述的有机溶剂为乙二醇、异丙醇或丙三醇，所述的可溶性钙盐为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙或乳酸钙。
[0007]本发明所述的具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料是由大小为100_500nm的立方块状方解石堆积而形成的碳酸钙空壳球，该碳酸钙空壳球的粒径为2-5 μ m,壳层厚度为100-500nm，即为单层立方块状方解石的厚度。
[0008]本发明具有以下有益效果:(1)反应中虽然用到了有机溶剂，但是所选用的有机溶剂均为低毒性，且与水有很好的可溶性，在后续的离心洗涤过程中很容易去除；(2)反应成本低，操作简单；(3)制备的具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料具有较大的比表面积，在重金属离子去除和药物负载等方面具有很好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例1制得的具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料的透射电镜图；图2是未添加表面活性剂制得的碳酸钙微纳米材料的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0010]以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
[0011]实施例1
将0.25g的表面活性剂PVP溶解于35mL的乙二醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入硝酸钙，保证硝酸钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入4倍于硝酸钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至150°C，并在此温度下保持8小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙，如图1所示。
[0012]实施例2`
将0.25g的表面活性剂PVP溶解于35mL的乙二醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入氯化钙，保证氯化钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入5倍于氯化钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至150°C，并在此温度下保持8小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙。
[0013]实施例3
将0.15g的表面活性剂CTAB溶解于35mL的异丙醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入醋酸钙，保证醋酸钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入10倍于醋酸钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至120°C，并在此温度下保持10小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙。
[0014]实施例4
将0.15g的表面活性剂CTAB溶解于35mL的异丙醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入乳酸钙，保证乳酸钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入1.5倍于乳酸钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至120°C，并在此温度下保持10小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙。[0015]实施例5
将0.1Og的表面活性剂CTAC溶解于35mL的丙三醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入硝酸钙，保证硝酸钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入4倍于硝酸钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至100°C，并在此温度下保持15小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙。
[0016]实施例6
将0.1Og的表面活性剂CTAC溶解于35mL的丙三醇溶剂中，待溶液搅拌澄清后加入醋酸钙，保证醋酸钙能够完全溶解，充分搅拌作用I小时，然后再加入10倍于醋酸钙摩尔量的尿素，溶解澄清，将所得的反应液转入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在程序控温箱中设定程序升温至100°C，并在此温度下保持15小时，自然冷却，经水洗涤后干燥即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙。 [0017]以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
【权利要求】
1.一种具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，其特征在于是由以下方法制备而成的:(1)将0.10-0.25g表面活性剂于室温搅拌的条件下溶解在35mL有机溶剂中，直至澄清形成含有表面活性剂的有机溶剂；(2)在含有表面活性剂的有机溶剂中溶解可溶性钙盐，充分搅拌反应；(3)加入过量的尿素搅拌溶解至澄清；(4)将步骤(3)所得的混合溶液转入聚四氟乙烯反应釜中，经程序设定升温至100-150°C，保持8-15h后自然冷却至室温，将所得产物离心洗涤即可得到具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，所述的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，所述的有机溶剂为乙二醇、异丙醇或丙三醇，所述的可溶性钙盐为硝酸钙、氯化钙、醋酸钙或乳酸钙。
2.根据权利要求1所述的具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料，其特征在于:所述的具有分级结构的多孔空壳碳酸钙微纳米材料是由大小为100-500nm的立方块状方解石堆积而形成的碳酸钙空壳球，该碳酸钙空壳球的粒径为2-5 μ m,壳层厚度为100-500 nm,即为单层立方块状方解石的厚度。
【文档编号】C01F11/18GK103771479SQ201410007264
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】杨林, 张晓婷, 马晓明, 王魁, 杨媛媛, 朱郁葱, 康慧静 申请人:河南师范大学