一种单分散胶体粒子的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种单分散胶体粒子的制备方法，具体方法为水热促进的双水解法， 属于无机非金属材料技术领域。
【背景技术】
[0002] 单分散胶体粒子由于具有特殊的物理化学特性，在纳米技术，光学，电学，医疗诊 断，以及药物释放方面，引起了广泛的兴趣。在单分散胶体粒子的合成方面，人们已经发 明了一些有效的合成路径，其中均匀沉淀法一直来都是一种最为简单有效和成本低廉的方 法。尤其是以尿素水解提高溶液PH值的方法一直被广为使用。但是由于尿素水解过程中 还要释放出碳酸根离子，因此所得胶体粒子的化学成分的种类受到限制，一般所得产物都 为碱式碳酸盐材料。
[0003] Matijevid等曾经开创出一种普遍适用的单分散胶体粒子制备方法，叫做强制水解 法。通过该方法，各种胶体粒子，如金属（水合）氧化物，碳酸盐，磷酸盐，硫化物等，都成功 地被合成出来。该方法的合成原理在于，多价金属离子在水溶液中容易水解脱质子化，由于 脱质子化过程是个吸热过程，高温有利于多价水合金属离子的脱质子化。通过脱质子化，水 合金属离子先形成单核金属络合物，该络合物进一步地聚合，形成单分散的胶体粒子。但 是，通过检查该方法的基本原理，我们不难发现该方法存在着较大的缺陷。在强制水解过程 中，由于脱质子化反应的不断进行，将造成氢离子在溶液中的富集，从而抑制了水解反应的 进行，使其不能进行到彻底的程度。由于强制水解法不能将金属离子的水解反应进行彻底， 因此胶体粒子的收率将受到影响。实际上，很多研宄者也发现，通过该方法合成的胶体粒子 的产率较低。
[0004] 因此，开发一种制备路线简单，原料成本低，环境友好，胶体粒子收率高，胶体粒子 化学成分多样化的单分散胶体粒子制备方法具有重要的现实应用价值，同时也具有很大的 挑战性。
【发明内容】
[0005] 本发明主要任务是针对传统单分散胶体粒子制备方法存在的不足，提供一种制备 路线简单，胶体粒子收率高，普遍适用的单分散胶体粒子制备方法。本方法利用金属强酸盐 和另外一种弱酸强碱盐在水热条件水解相互促进的基本原理，通过弱酸强碱盐水解产生的 氢氧根同步消耗金属离子水解产生的氢离子，使金属离子的水解大幅度促进，从而产生高 收率的单分散胶体粒子。通过该方法可以合成一系列各种化学组成的胶体粒子。
[0006] 具体步骤如下：
[0007] (1)将金属强酸盐溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶液。该溶液命名为溶液 〇
[0008] (2)将一种弱酸强碱盐溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶液。该溶液命名为溶 液二。
[0009] (3)将溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的混合溶液，将该混合溶液在室温下 搅拌一定时间以保证两种盐的均匀混合。
[0010] (4)将混合溶液转入到晶化釜中，同时将晶化釜放入烘箱中在一定温度下进行水 热处理。
[0011] (5)水热处理一定时间后，将晶化釜取出，冷却。将所得固体产物分离出来，用去离 子水进行洗涤，并在一定温度下将固体干燥。最终所得固体产物即为单分散的胶体颗粒。
[0012] 上述金属强酸盐，主要指一些能水解产生氢离子的金属强酸盐，如硫酸盐，氯化 盐，硝酸盐，高氯酸盐，溴化盐，碘化盐等。
[0013] 上述的金属强酸盐的浓度一般为0. 1~0. 5mol/L。
[0014] 上述的弱酸强碱盐，主要指能水解产生氢氧根离子的弱酸强碱盐，如一些有机弱 酸，无机弱酸的钠盐，钾盐等。
[0015] 上述金属强酸盐和弱酸强碱盐的摩尔比例可以根据金属阳离子和弱酸阴离子的 价态进行调节，一般为金属强酸盐：弱酸强碱盐=0. 01~100.
[0016] 上述的室温搅拌时间为1 - 24小时，优选12 - 24小时。
[0017] 上述的水热处理温度为100 - 350°C。
[0018] 上述的水热处理时间为2 - 100小时。
[0019] 上述的干燥温度为40 - 300°C。
[0020] 上述的固体产物分离方式取决于颗粒大小，可以是离心分离，抽滤，膜分离等分离 手段中的一种或者几种。
[0021] 上述的固体干燥方式可以是直接放入烘箱中干燥，也可以是冷冻干燥，超临界干 燥等各种干燥方式中一种或几种。
[0022] 本发明所制备的胶体粒子具有粒度分布均匀可控，形貌可调，粒子化学组成可调 等优点。
【附图说明】
[0023] 图1为实施例1中所得样品的扫描电镜照片；
[0024] 图2为实施例1中所得样品的动态激光散射粒度分布图；
[0025] 图3为实施例2中所得样品的扫描电镜照片；
[0026] 图4为实施例2中所得样品的动态激光散射粒度分布图；
[0027] 图5为实施例3中所得样品焙烧前的透射电镜照片；
[0028] 图6为实施例3中所得样品焙烧后的XRD图；
[0029] 图7为实施例3中所得样品焙烧后的氮气吸脱附等温线和孔径分布图；
[0030] 图8为实施例4中所得样品的扫描电镜照片；
[0031 ] 图9为实施例5中所得样品的透射电镜照片；
[0032] 图10为实施例6中所得样品的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合一些具体实例进一步阐述本发明的技术方案，但是本发明的保护范围并 不仅限于此。
[0034] 实施例1 :
[0035] 将一定量的Al2(SO4)3 · 18H20溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶液。该溶液 命名为溶液一。再将一定量的无水醋酸钠（NaAC)溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶 液。该溶液命名为溶液二。将溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的溶液，该混合溶液在 室温下搅拌1小时以使两种溶液充分混合。最终的混合物组成摩尔比为Al 2(SO4)3 · 18H20 : NaAC=H2O= 1:4:247。将混合物转移到带聚四氟乙烯衬里的不锈钢晶化釜中，并将晶化釜 放入200°C的烘箱中保持24小时，进行水热处理。水热处理完成后，将晶化釜中的固体产物 离心分离，并用去离子水洗涤3次，然后将固体物放在60°C的烘箱中干燥24小时，得到白色 粉末状固体，并称重。
[0036] 物相测试结果表明，该产物为Al6O5(SO4) 4 ·Η20,热重分析表明其收率为99. 5% (以 铝的量为基准）。图1所示的扫描电镜结果表明，该样品具有均匀的亚微米尺寸六方棱柱状 形貌。通过测量100个颗粒，六方棱柱的平行边的平均距离为943±35纳米，相对标准偏差 为3. 5%，证明其为单分散颗粒。图2为动态激光散射粒度仪所测的颗粒尺寸分布图，由图 可知其粒度分布很窄，集中在1微米左右。
[0037] 实施例2 :
[0038] 将一定量的KAl (SO4)2 · 12Η20溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶液。该溶液 命名为溶液一。再将一定量的无水醋酸钠溶解在去离子水中，形成澄清透明的溶液。该溶 液命名为溶液二。将溶液二加入到溶液一中，形成澄清透明的溶液，该混合溶液在室温下搅 拌1小时以使两种溶液充分混合。最终的混合物组成摩尔比为KAl (SO4)2 ·12Η20 :NaAC :Η20 =1:2:176。将混合物转移到带聚四氟乙烯衬里的不锈钢晶化釜中，并将晶化釜放入200°C 的烘箱中保持24小时，进行水热处理。水热处理完成后，将晶化釜中的固体产物离心分离， 并用去离子水洗涤3次，然后将固体物放在60°C的烘箱中干燥24小时，得到白色粉末状固 体，并称重。
[0039] 物相测试结果表明，该产物为Al6O5(SO4) 4 ·Η20,热重分析表明其收率为99. 6% (以 铝的量为基准）。图3所示的扫描电镜结果表明，该样品具有均匀的微米尺寸椭球状形貌。 通过测量100个颗粒，椭球形颗粒的直径平均为1557±56纳米，相对标准偏差为3. 6%，证 明其为单分散颗粒。图4为动态激光散射粒度仪所测的颗粒尺寸分布图，由图可知