[发明专利]一种以小分子为模板剂合成尖晶石材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工材料制备技术领域，具体涉及尖晶石材料的制备方法。

技术背景

尖晶石AB₂O₄(A、B代表两种金属)材料具有特殊的物理化学性质，如①材料硬度大、熔点高、化学性能稳定，高温下抗浸蚀能力强；②晶体属立方晶系，其导热性和热膨胀性在各个方向上都相同，膨胀系数小，有良好的热稳定性；③晶体格子中A离子和B离子可以分别是多种金属离子，导致其具有性质多变性，如磁学性能等；④晶格密度大，水分子难以进入晶体内部，具有很高的水热稳定性。由此尖晶石材料在诸多领域都有广泛的应用价值，如磁性材料、陶瓷材料、防火材料、隐身材料等，尤其是作为催化材料受到了越来越多的关注。

现有尖晶石的制备方法，如2009年公开号为CN101565194A的“一种超细介孔镁铝尖晶石的制备方法”专利。其公开的方法是：以可溶性铝盐和可溶性镁盐为原料，以氨水或有机胺为碱性溶液，以阳离子表面活性剂或有机高聚物为模板剂；先将碱性溶液加入到可溶性铝盐和可溶性镁盐的混合溶液中，并加入模板剂，再陈化、晶化、洗涤、过滤、干燥、焙烧而得镁铝尖晶石粉末产品。该方法的主要缺点是：①碱液中使用的有机胺都具有不同程度的毒性；②采用的模板剂为阳离子表面活性剂和有机高聚物，其价格较贵，不适合工业化批量生产；③洗涤和过滤废液未做任何处理直接排放，其中的有机物易对环境造成污染，不利于环境保护。又如Mehran Rezaei等报道的以表面活性剂为模板剂制备介孔镁铝尖晶石(Powder Technology，2010198：275)，其方法是：化学计量比的硝酸镁、硝酸铝、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)溶于去离子水制成浆液并滴加氨水调节pH至9左右，待沉淀完成继续搅拌30min，并在80℃下回流并持续搅拌24h，镁铝尖晶石产品经过滤、洗涤、干燥和焙烧得到。该方法的主要缺点是：制备的镁铝尖晶石(MgAl₂O₄)比表面积仅65～203m²/g，较小，实用性较差。

发明内容

本发明的目的是针对现有尖晶石材料制备方法的不足之处，提供一种以小分子为模板剂合成尖晶石的制备方法。具有制备出的尖晶石材料比表面积大、孔径较大、实用性强等特点；该方法简单、原料易得、成本低、便于推广应用、易于工业化扩大生产。

实现本发明目的的技术方案是：一种以小分子为模板剂合成尖晶石材料的制备方法。以可溶性A盐(即六水硝酸镁或六水硝酸锌等)和可溶性B盐(即九水硝酸铝或九水硝酸铁等)为原料，以小分子葡萄糖、蔗糖等为模板剂，先制备金属离子混合液，再经回流、晶化、抽滤、洗涤、焙烧的简单工序而得到产品。所述方法的具体步骤如下：

(1)制备金属离子混合溶液

以可溶性A盐[即六水硝酸镁Mg(NO₃)₂·6H₂O)或六水硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)等]和可溶性B盐[即九水硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)或九水硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)等]为原料；以葡萄糖、蔗糖、柠檬酸、CTAB中的一种，或者在葡萄糖或蔗糖或柠檬酸中加入CTAB的混合物，所述混合物中葡萄糖或蔗糖或柠檬酸∶CTAB的摩尔比为1∶0.2～2。按照可溶性A盐∶可溶性B盐∶模板剂∶去离子水的摩尔比为1∶2∶0.03～1∶220～450的比例，先将模板剂加入到去离子水中，搅拌至溶解为止得到透明的模板剂溶液，然后向模板剂溶液中加入可溶性A盐和可溶性B盐，搅拌至混合均匀；制备得到透明粘稠的金属离子混合液，备用。

(2)制备尖晶石成品