一种基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法及其产品

1.本发明涉及制备一般氧化物的方法技术领域，尤其涉及一种基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法及其产品。


背景技术：

2.特定结构纳米材料具有独特的物理化学性能，在药物传递、燃料电池、微电子、应用催化和光电转换等领域的应用广泛。目前特定结构纳米材料的制备方法有很多。与其他纳米材料的合成方法相比，模板法在控制纳米材料形貌和尺寸方面具有显著的优势，可制得与模板结构相似或互补的纳米材料，近年来成为了纳米材料合成领域的研究热点。模板法为制备具有特殊结构、多功能的人工合成材料提供了独特的途径。选用恰当的模板剂可实现对不同形貌和尺度纳米材料的可控合成，而天然模板因其廉价易得等优势，为定向合成具有特定结构的纳米材料提供了新的思路。
3.现有技术中获得特定形貌纳米材料的制备多结合模板法，利用现有的一些生物质模板进行前处理后，再经过后续的手段定向去除模板，留下目标产物，如采用化学刻蚀或者进行热处理的方式去除模板。目前技术中，热处理的选择一般为中低温的煅烧去除模板，具体为采用管式炉或者马弗炉进行煅烧，温度多为500～900℃，时间约为2h～5h，存在着有耗时长，能耗高等缺点。
4.基于此，提供一种工艺简单、操作时间短、产物纯度高，环境友好的特定结构金属氧化物的制备方法，是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，提供了一种原料来源广泛、步骤简单快捷、合成过程高效节能、易于大规模生产的基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法，包括如下步骤：
6.(1)生物质材料经含有金属盐的前驱体溶液处理，得到第一产物；
7.(2)所述第一产物经火焰辅助处理，得到具有生物质材料结构的金属氧化物。
8.生物质模板浸渍前驱体离子渗透的初始阶段，由于生物质具有丰富的表面羟基，在浸渍过程中有润湿特性金属离子分布会从材料外表面逐渐渗透到内层；而后在高温的火焰场中，高温火焰能快速分解前驱体形成单体，不同金属组分在火焰场中以离子/原子/分子形态混合，金属前驱体在生物质模板的限域作用下在生物质模板表面迅速成核、生长并覆盖生物质模板的表面，形成金属氧化物薄壳。与此同时，生物质模板被高温燃烧迅速牺牲消耗，最终被去除，最终实现了生物质结构纳米金属氧化物的一步合成。上述制备方法，不仅能快速去除生物质模板，也能够让金属氧化物生物质模板的限域作用下迅速组装合成，可有效复制原本生物质结构的微观形貌且结晶度高的纳米金属氧化物。
9.优选的，步骤(1)的具体方法如下：将生物质材料经除杂后置于含有金属盐的前驱
体溶液中进行浸渍处理；随后取出生物质材料，去除多余的前驱体溶液并干燥，得到第一产物。
10.进一步优选的，所述浸渍处理中，生物质材料和含有金属盐的前驱体溶液的料液比为0.002～0.05g/ml，浸渍的时间为1～24h。
11.进一步优选的，采用抽滤的方式去除多余的前驱体溶液。
12.抽滤过程能够去除生物质中多余的前驱体溶液，防止过多的前驱体参与反应，导致烧结无法得到预期形貌。
13.进一步优选的，所述干燥的温度为40～100℃，干燥的时间为12～24h。
14.优选的，所述步骤(1)中，所述生物质材料的微观结构为管束状、球状、格栅状、螺旋状中的一种。
15.进一步优选的，管束状的生物质材料为棉花纤维，球状的生物质材料为花粉，格栅状的生物质材料为昆虫翅膀，螺旋状的生物质材料为植物叶片。
16.优选的，所述步骤(1)中，所述含有金属盐的前驱体溶液为金属盐的水溶液或其丙酮溶液；其中，金属离子的总浓度为0.1～0.4mol/l。
17.优选的，所述步骤(1)中，所述金属盐为四水合硝酸锰、三水合硝酸铜、九水合硝酸铁、六水合硝酸镧、四水合硝酸镁、六水合硝酸铈、四水合硝酸钙、氯化钛中的至少一种。
18.优选的，所述步骤(2)中，所述火焰辅助处理为在1400～2100℃下燃烧60～240s。
19.在本发明中，综合考虑到材料的结晶与成型性能，对燃烧温度、燃烧时间进行了严格的限定。燃烧温度需保持在1400～2100℃的范围内，一方面能快速完全去除有机生物质模板，另一方面高温有助于快速成型生长。此外，将燃烧时间控制在60～240s，实现了生物质模板的快速消耗与金属氧化物的快速成型。
20.进一步优选的，所述火焰辅助处理采用平焰燃烧，火焰燃烧当量比为0.8～1.0。
21.实际操作中，可以适当调整火焰当量比，并将火焰当量比控制在不超过1的范围内，使该过程处于乏燃料状态下进行燃烧，避免未燃有机组分影响终产物。
22.在本发明的第二方面，提供了一种具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物采用本发明第一方面的方法制备而成。
23.与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
24.本发明提供了一种基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法，采用燃烧合成法，通过火焰辅助处理让前驱体在高温火焰场中，经过一系列复杂的物理化学反应快速制备纳米材料。本发明方法具有合成时间短、能耗少、易大规模生产的优点。
25.本发明还提供了一种具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物具备生物质模板的有序微观结构。
附图说明
26.图1中，(a)为实施例1中洗涤干燥后棉花纤维的sem图像；(b)为实施例8中经过洗涤干燥后荷花花粉的sem图像；(c)为实施例13中经过洗涤干燥后蝴蝶翅膀的sem图像；(d)为实施例17中经过洗涤干燥后茶叶叶脉的sem图像；
27.图2(a)为实施例1制备的中空管束状mn3o4，(e)为其放大图；(b)为实施例8制备的中空球壳状mn3o4，(f)为其放大图；(c)为实施例13制备的格栅状mn3o4，(g)为其放大图；(d)
为实施例18制备的螺旋状mn3o4，(h)为其放大图；
28.图3为实施例1、实施例8、实施例13和实施例17以棉花纤维、荷花花粉、蝴蝶翅膀和茶叶叶脉制备的mn3o4与mn3o4标准卡pdf#24-0734的x射线衍射(xrd)图谱。
具体实施方式
29.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
30.实施例1
31.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
32.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为四水合硝酸锰的水溶液，其中锰离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
33.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物为中空管束状mn3o4。
34.实施例2
35.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
36.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为三水合硝酸铜的水溶液，其中铜离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
37.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
38.实施例3
39.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
40.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁和六水合硝酸镧的水溶液，其中铁离子和镧离子的浓度均为0.05mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
41.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
42.实施例4
43.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
44.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为氯化钛的丙酮溶液，其中钛离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
45.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为2003℃、燃烧当量比为0.80的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
46.实施例5
47.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
48.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁的水溶液，其中铁离子的浓度为0.1mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
49.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
50.实施例6
51.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
52.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为四水合硝酸镁的水溶液，其中镁离子的浓度为0.1mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
53.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
54.实施例7
55.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
56.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为六水合硝酸铈的水溶液，其中铈离子的浓度为0.4mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
57.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
58.实施例8
59.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
60.(1)荷花花粉经1：1(v/v)的乙醇水溶液洗涤、干燥，随后将1g除杂的荷花花粉浸渍于20ml前驱体溶液中处理4h，所述前驱体溶液为四水合硝酸锰的水溶液，其中锰离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出荷花花粉，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将荷花花粉置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
61.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成90s，得到具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物为中空球壳状mn3o4。
62.实施例9
63.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
64.(1)荷花花粉经1：1(v/v)的乙醇水溶液洗涤、干燥，随后将1g除杂的荷花花粉浸渍于20ml前驱体溶液中处理4h，所述前驱体溶液为三水合硝酸铜的水溶液，其中铜离子的浓
度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出荷花花粉，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将荷花花粉置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
65.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成90s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
66.实施例10
67.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
68.(1)荷花花粉经1：1(v/v)的乙醇水溶液洗涤、干燥，随后将1g除杂的荷花花粉浸渍于20ml前驱体溶液中处理4h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁和六水合硝酸镧的水溶液，其中铁离子和镧离子的浓度均为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出荷花花粉，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将荷花花粉置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
69.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成90s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
70.实施例11
71.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
72.(1)荷花花粉经1：1(v/v)的乙醇水溶液洗涤、干燥，随后将1g除杂的荷花花粉浸渍于20ml前驱体溶液中处理4h，所述前驱体溶液为氯化钛的丙酮溶液，其中钛离子的浓度为0.15mol/l；浸渍处理完成后取出荷花花粉，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将荷花花粉置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
73.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.80的火焰上燃烧合成90s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
74.实施例12
75.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
76.(1)荷花花粉经1：1(v/v)的乙醇水溶液洗涤、干燥，随后将1g除杂的荷花花粉浸渍于20ml前驱体溶液中处理4h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁的水溶液，其中铁离子的浓度为0.1mol/l；浸渍处理完成后取出荷花花粉，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将荷花花粉置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
77.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成90s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
78.实施例13
79.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
80.(1)蝴蝶翅膀经50℃的质量百分比浓度为8％的氢氧化钠的乙醇溶液洗涤、干燥，随后将0.1g除杂的蝴蝶翅膀浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为四水合硝酸锰的水溶液，其中锰离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出蝴蝶翅膀，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
81.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物为格栅状mn3o4。
82.实施例14
83.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
84.(1)蝴蝶翅膀经50℃的质量百分比浓度为8％的氢氧化钠的乙醇溶液洗涤、干燥，随后将0.1g除杂的蝴蝶翅膀浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为三水合硝酸铜的水溶液，其中铜离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出蝴蝶翅膀，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
85.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
86.实施例15
87.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
88.(1)蝴蝶翅膀经50℃的质量百分比浓度为8％的氢氧化钠的乙醇溶液洗涤、干燥，随后将0.1g除杂的蝴蝶翅膀浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁和六水合硝酸镧的水溶液，其中铁离子和镧离子的浓度均为0.1mol/l；浸渍处理完成后取出蝴蝶翅膀，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
89.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.98的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
90.实施例16
91.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
92.(1)蝴蝶翅膀经50℃的质量百分比浓度为8％的氢氧化钠的乙醇溶液洗涤、干燥，随后将0.1g除杂的蝴蝶翅膀浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为氯化钛的丙酮溶液，其中钛离子的浓度为0.15mol/l；浸渍处理完成后取出蝴蝶翅膀，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在60℃下干燥24h，得到第一产物；
93.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.80的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
94.实施例17
95.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
96.(1)六安瓜片茶依次经100℃的浓度为1.5mol/l的氢氧化钠和0.5mol/l的亚硫酸钠混合水溶液洗涤、去离子水洗涤、干燥、置于30％的硫酸中超声震荡30min、去离子水洗涤、干燥，随后将0.5g除杂的六安瓜片茶浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为四水合硝酸锰的水溶液，其中锰离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出六安瓜片茶，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将六安瓜片茶置于干燥箱中，在40℃下干燥24h，得到第一产物；
97.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物为螺旋状mn3o4。
98.实施例18
99.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
100.(1)六安瓜片茶依次经100℃的浓度为1.5mol/l的氢氧化钠和0.5mol/l的亚硫酸钠混合水溶液洗涤、去离子水洗涤、干燥、置于30％的硫酸中超声震荡30min、去离子水洗涤、干燥，随后将0.5g除杂的六安瓜片茶浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶
液为三水合硝酸铜的水溶液，其中铜离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出六安瓜片茶，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将六安瓜片茶置于干燥箱中，在40℃下干燥24h，得到第一产物；
101.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
102.实施例19
103.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
104.(1)六安瓜片茶依次经100℃的浓度为1.5mol/l的氢氧化钠和0.5mol/l的亚硫酸钠混合水溶液洗涤、去离子水洗涤、干燥、置于30％的硫酸中超声震荡30min、去离子水洗涤、干燥，随后将0.5g除杂的六安瓜片茶浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为九水合硝酸铁和六水合硝酸镧的水溶液，其中铁离子和镧离子的浓度均为0.1mol/l；浸渍处理完成后取出六安瓜片茶，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将六安瓜片茶置于干燥箱中，在40℃下干燥24h，得到第一产物；
105.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
106.实施例20
107.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
108.(1)六安瓜片茶依次经100℃的浓度为1.5mol/l的氢氧化钠和0.5mol/l的亚硫酸钠混合水溶液洗涤、去离子水洗涤、干燥、置于30％的硫酸中超声震荡30min、去离子水洗涤、干燥，随后将0.5g除杂的六安瓜片茶浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为氯化钛的丙酮溶液，其中钛离子的浓度均为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出六安瓜片茶，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将六安瓜片茶置于干燥箱中，在40℃下干燥24h，得到第一产物；
109.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1920℃、燃烧当量比为0.80的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
110.实施例21
111.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
112.(1)六安瓜片茶依次经100℃的浓度为1.5mol/l的氢氧化钠和0.5mol/l的亚硫酸钠混合水溶液洗涤、去离子水洗涤、干燥、置于30％的硫酸中超声震荡30min、去离子水洗涤、干燥，随后将0.5g除杂的六安瓜片茶浸渍于50ml前驱体溶液中处理24h，所述前驱体溶液为四水合硝酸钙的水溶液，其中钛离子的浓度均为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出六安瓜片茶，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将六安瓜片茶置于干燥箱中，在40℃下干燥24h，得到第一产物；
113.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1660℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
114.实施例22
115.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
116.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为四水合硝酸锰的水溶液，其中锰离子的浓度为0.2mol/l；浸渍
处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在100℃下干燥12h，得到第一产物；
117.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为1400℃、燃烧当量比为0.90的火焰上燃烧合成240s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
118.实施例23
119.具有生物质结构的金属氧化物，采用如下方法制备而成：
120.(1)棉花纤维经乙醇洗涤、干燥，随后将1g除杂的棉花纤维浸渍于20ml前驱体溶液中处理1h，所述前驱体溶液为氯化钛的丙酮溶液，其中钛离子的浓度为0.2mol/l；浸渍处理完成后取出棉花纤维，通过抽滤去除多余的前驱体溶液，随后将棉花纤维置于干燥箱中，在80℃下干燥24h，得到第一产物；
121.(2)将第一产物放置在平焰燃烧器上，在绝热火焰温度为2100℃、燃烧当量比为0.80的火焰上燃烧合成60s，得到具有生物质结构的金属氧化物。
122.测试例1
123.通过扫描电子显微镜(sem)观察采用不同结构生物质材料的实施例原料及成品的微观形貌。
124.如图1和图2所示，图1(a)为本发明实施例1中洗涤干燥后干燥棉花的sem图像，原始棉花呈现出长条的纤维状，表面带有沟壑的形貌。图2(a)为本发明实施例1中经过前驱体溶液浸润并燃烧合成的中空管束状mn3o4的sem图像，图2(e)为其放大图。原始棉花纤维经过前驱体溶液的浸润及高温的火焰场燃烧合成，金属前驱体在棉花模板的限域作用下，迅速包覆合成氧化物且原始棉花模板被高温火焰牺牲消耗，并最终去除，金属氧化物较为完整地包覆了原始棉花的外表面，且由于棉花模板自身的去除，留下了如图所示的中空管束状结构。在燃烧过程中由于剧烈的高温反应中释放的co2和h2o气体，在金属氧化物包覆形成的同时不断的逸出，最终形成了如图2(e)多孔壁的mn3o4中空管束结构。实施例2～7的观测结果与之类似，将前驱体金属离子种类替换为cu
2+
、la
3+
、fe
3+
、ti
4+
、mg
2+
、ce
3+
，均可制备得到中空管束状的cuo、lafeo3、tio2、mgo、fe2o3、ceo2。
125.本发明将棉花纤维生物质模板替换为荷花花粉、蝴蝶翅膀和茶叶叶脉，运用类似的制备方法，制备了中空球壳状、格栅状和螺旋状结构。图1(b)为本发明实施例8中经过洗涤干燥后荷花花粉的sem图像，图2(b)为本发明实施例8中经过前驱体溶液浸润并燃烧合成的中空球壳状mn3o4的sem图像，图2(f)为其放大图；图1(c)为本发明实施例13中经过洗涤干燥后蝴蝶翅膀的sem图像，图2(c)为本发明实施例13中经过前驱体溶液浸润并燃烧合成的格栅状mn3o4的sem图像，图2(g)为其放大图；图1(d)为本发明实施例17中经过前处理洗涤干燥后茶叶叶脉的sem图像，图2(d)为本发明实施例17中经过前驱体溶液浸润并燃烧合成的螺旋状状mn3o4的sem图像，图2(h)为其放大图。
126.采用x射线衍射法获得实施例1、实施例8、实施例13和实施例17制备的产物的xrd图谱，并与mn3o4标准卡pdf#24-0734的结果进行对比。
127.如图3所示，对比标准卡可观测到，上述实施例的各个特征峰与标准卡的一致，说明，合成的金属氧化物为钙钛矿相的mn3o4，得到了目标产物。其他实施例的产物特征峰与标准卡的对比结果与图3类似，均可制备得到目标组成的金属氧化物。
128.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无
需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)生物质材料经含有金属盐的前驱体溶液处理，得到第一产物；(2)所述第一产物经火焰辅助处理，得到具有生物质材料结构的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)的具体方法如下：将生物质材料经除杂后置于含有金属盐的前驱体溶液中进行浸渍处理；随后取出生物质材料，去除多余的前驱体溶液并干燥，得到第一产物。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述浸渍处理中，生物质材料和含有金属盐的前驱体溶液的料液比为0.002～0.05g/ml，浸渍的时间为1～24h；采用抽滤的方式去除多余的前驱体溶液；所述干燥的温度为40～100℃，干燥的时间为12～24h。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述生物质材料的微观结构为管束状、球状、格栅状、螺旋状中的一种。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：管束状的生物质材料为棉花纤维，球状的生物质材料为花粉，格栅状的生物质材料为昆虫翅膀，螺旋状的生物质材料为植物叶片。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述含有金属盐的前驱体溶液为金属盐的水溶液或其丙酮溶液；其中，金属离子的总浓度为0.1～0.4mol/l。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述金属盐为四水合硝酸锰、三水合硝酸铜、九水合硝酸铁、六水合硝酸镧、四水合硝酸镁、六水合硝酸铈、四水合硝酸钙、氯化钛中的至少一种。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述火焰辅助处理为在1400～2100℃下燃烧60～240s。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述火焰辅助处理采用平焰燃烧，火焰燃烧当量比为0.8～1.0。10.一种具有生物质结构的金属氧化物，其特征在于：采用如权利要求1～9任一项所述的方法制备而成。

技术总结
本发明公开了一种基于生物质模板的火焰辅助金属氧化物快速成型制备方法及其产品，属于制备一般氧化物的方法技术领域。该制备方法包括如下步骤：(1)生物质材料经含有金属盐的前驱体溶液处理，得到第一产物；(2)所述第一产物经火焰辅助处理，得到具有生物质材料结构的金属氧化物。该方法具有合成时间短、能耗少、易大规模生产的优点。本发明还提供了一种具有生物质结构的金属氧化物，该金属氧化物具备生物质模板的有序微观结构。质模板的有序微观结构。质模板的有序微观结构。


技术研发人员：田冲 林文升 陈炜 刘晟言
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/12