一種單分散膠體粒子的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種單分散膠體粒子的制備方法，具體方法為水熱促進的雙水解法， 屬于無機非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 單分散膠體粒子由于具有特殊的物理化學特性，在納米技術(shù)，光學，電學，醫(yī)療診 斷，以及藥物釋放方面，引起了廣泛的興趣。在單分散膠體粒子的合成方面，人們已經(jīng)發(fā) 明了一些有效的合成路徑，其中均勻沉淀法一直來都是一種最為簡單有效和成本低廉的方 法。尤其是以尿素水解提高溶液PH值的方法一直被廣為使用。但是由于尿素水解過程中 還要釋放出碳酸根離子，因此所得膠體粒子的化學成分的種類受到限制，一般所得產(chǎn)物都 為堿式碳酸鹽材料。
[0003] Matijevid等曾經(jīng)開創(chuàng)出一種普遍適用的單分散膠體粒子制備方法，叫做強制水解 法。通過該方法，各種膠體粒子，如金屬（水合）氧化物，碳酸鹽，磷酸鹽，硫化物等，都成功 地被合成出來。該方法的合成原理在于，多價金屬離子在水溶液中容易水解脫質(zhì)子化，由于 脫質(zhì)子化過程是個吸熱過程，高溫有利于多價水合金屬離子的脫質(zhì)子化。通過脫質(zhì)子化，水 合金屬離子先形成單核金屬絡(luò)合物，該絡(luò)合物進一步地聚合，形成單分散的膠體粒子。但 是，通過檢查該方法的基本原理，我們不難發(fā)現(xiàn)該方法存在著較大的缺陷。在強制水解過程 中，由于脫質(zhì)子化反應(yīng)的不斷進行，將造成氫離子在溶液中的富集，從而抑制了水解反應(yīng)的 進行，使其不能進行到徹底的程度。由于強制水解法不能將金屬離子的水解反應(yīng)進行徹底， 因此膠體粒子的收率將受到影響。實際上，很多研宄者也發(fā)現(xiàn)，通過該方法合成的膠體粒子 的產(chǎn)率較低。
[0004] 因此，開發(fā)一種制備路線簡單，原料成本低，環(huán)境友好，膠體粒子收率高，膠體粒子 化學成分多樣化的單分散膠體粒子制備方法具有重要的現(xiàn)實應(yīng)用價值，同時也具有很大的 挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要任務(wù)是針對傳統(tǒng)單分散膠體粒子制備方法存在的不足，提供一種制備 路線簡單，膠體粒子收率高，普遍適用的單分散膠體粒子制備方法。本方法利用金屬強酸鹽 和另外一種弱酸強堿鹽在水熱條件水解相互促進的基本原理，通過弱酸強堿鹽水解產(chǎn)生的 氫氧根同步消耗金屬離子水解產(chǎn)生的氫離子，使金屬離子的水解大幅度促進，從而產(chǎn)生高 收率的單分散膠體粒子。通過該方法可以合成一系列各種化學組成的膠體粒子。
[0006] 具體步驟如下：
[0007] (1)將金屬強酸鹽溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶液。該溶液命名為溶液 〇
[0008] (2)將一種弱酸強堿鹽溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶液。該溶液命名為溶 液二。
[0009] (3)將溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的混合溶液，將該混合溶液在室溫下 攪拌一定時間以保證兩種鹽的均勻混合。
[0010] (4)將混合溶液轉(zhuǎn)入到晶化釜中，同時將晶化釜放入烘箱中在一定溫度下進行水 熱處理。
[0011] (5)水熱處理一定時間后，將晶化釜取出，冷卻。將所得固體產(chǎn)物分離出來，用去離 子水進行洗滌，并在一定溫度下將固體干燥。最終所得固體產(chǎn)物即為單分散的膠體顆粒。
[0012] 上述金屬強酸鹽，主要指一些能水解產(chǎn)生氫離子的金屬強酸鹽，如硫酸鹽，氯化 鹽，硝酸鹽，高氯酸鹽，溴化鹽，碘化鹽等。
[0013] 上述的金屬強酸鹽的濃度一般為0. 1~0. 5mol/L。
[0014] 上述的弱酸強堿鹽，主要指能水解產(chǎn)生氫氧根離子的弱酸強堿鹽，如一些有機弱 酸，無機弱酸的鈉鹽，鉀鹽等。
[0015] 上述金屬強酸鹽和弱酸強堿鹽的摩爾比例可以根據(jù)金屬陽離子和弱酸陰離子的 價態(tài)進行調(diào)節(jié)，一般為金屬強酸鹽：弱酸強堿鹽=0. 01~100.
[0016] 上述的室溫攪拌時間為1 - 24小時，優(yōu)選12 - 24小時。
[0017] 上述的水熱處理溫度為100 - 350°C。
[0018] 上述的水熱處理時間為2 - 100小時。
[0019] 上述的干燥溫度為40 - 300°C。
[0020] 上述的固體產(chǎn)物分離方式取決于顆粒大小，可以是離心分離，抽濾，膜分離等分離 手段中的一種或者幾種。
[0021] 上述的固體干燥方式可以是直接放入烘箱中干燥，也可以是冷凍干燥，超臨界干 燥等各種干燥方式中一種或幾種。
[0022] 本發(fā)明所制備的膠體粒子具有粒度分布均勻可控，形貌可調(diào)，粒子化學組成可調(diào) 等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0023] 圖1為實施例1中所得樣品的掃描電鏡照片；
[0024] 圖2為實施例1中所得樣品的動態(tài)激光散射粒度分布圖；
[0025] 圖3為實施例2中所得樣品的掃描電鏡照片；
[0026] 圖4為實施例2中所得樣品的動態(tài)激光散射粒度分布圖；
[0027] 圖5為實施例3中所得樣品焙燒前的透射電鏡照片；
[0028] 圖6為實施例3中所得樣品焙燒后的XRD圖；
[0029] 圖7為實施例3中所得樣品焙燒后的氮氣吸脫附等溫線和孔徑分布圖；
[0030] 圖8為實施例4中所得樣品的掃描電鏡照片；
[0031 ] 圖9為實施例5中所得樣品的透射電鏡照片；
[0032] 圖10為實施例6中所得樣品的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合一些具體實例進一步闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明的保護范圍并 不僅限于此。
[0034] 實施例1 :
[0035] 將一定量的Al2(SO4)3 · 18H20溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶液。該溶液 命名為溶液一。再將一定量的無水醋酸鈉（NaAC)溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶 液。該溶液命名為溶液二。將溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的溶液，該混合溶液在 室溫下攪拌1小時以使兩種溶液充分混合。最終的混合物組成摩爾比為Al 2(SO4)3 · 18H20 : NaAC=H2O= 1:4:247。將混合物轉(zhuǎn)移到帶聚四氟乙烯襯里的不銹鋼晶化釜中，并將晶化釜 放入200°C的烘箱中保持24小時，進行水熱處理。水熱處理完成后，將晶化釜中的固體產(chǎn)物 離心分離，并用去離子水洗滌3次，然后將固體物放在60°C的烘箱中干燥24小時，得到白色 粉末狀固體，并稱重。
[0036] 物相測試結(jié)果表明，該產(chǎn)物為Al6O5(SO4) 4 ·Η20,熱重分析表明其收率為99. 5% (以 鋁的量為基準）。圖1所示的掃描電鏡結(jié)果表明，該樣品具有均勻的亞微米尺寸六方棱柱狀 形貌。通過測量100個顆粒，六方棱柱的平行邊的平均距離為943±35納米，相對標準偏差 為3. 5%，證明其為單分散顆粒。圖2為動態(tài)激光散射粒度儀所測的顆粒尺寸分布圖，由圖 可知其粒度分布很窄，集中在1微米左右。
[0037] 實施例2 :
[0038] 將一定量的KAl (SO4)2 · 12Η20溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶液。該溶液 命名為溶液一。再將一定量的無水醋酸鈉溶解在去離子水中，形成澄清透明的溶液。該溶 液命名為溶液二。將溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的溶液，該混合溶液在室溫下攪 拌1小時以使兩種溶液充分混合。最終的混合物組成摩爾比為KAl (SO4)2 ·12Η20 :NaAC :Η20 =1:2:176。將混合物轉(zhuǎn)移到帶聚四氟乙烯襯里的不銹鋼晶化釜中，并將晶化釜放入200°C 的烘箱中保持24小時，進行水熱處理。水熱處理完成后，將晶化釜中的固體產(chǎn)物離心分離， 并用去離子水洗滌3次，然后將固體物放在60°C的烘箱中干燥24小時，得到白色粉末狀固 體，并稱重。
[0039] 物相測試結(jié)果表明，該產(chǎn)物為Al6O5(SO4) 4 ·Η20,熱重分析表明其收率為99. 6% (以 鋁的量為基準）。圖3所示的掃描電鏡結(jié)果表明，該樣品具有均勻的微米尺寸橢球狀形貌。 通過測量100個顆粒，橢球形顆粒的直徑平均為1557±56納米，相對標準偏差為3. 6%，證 明其為單分散顆粒。圖4為動態(tài)激光散射粒度儀所測的顆粒尺寸分布圖，由圖可知