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一种生物 碳包覆合成纳米 硅酸盐复合抗磨剂的制备方法

阅读：82发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，包括如下步骤：将合成的纳米硅酸盐、生物质材料、碱性溶液充分混合后置于高压反应釜中，加热、搅拌并保温一段时间，待反应结束后，对反应产物进行蒸馏水洗涤，干燥并球磨后得到碳包覆纳米硅酸盐纳米粉体。本发明使用生物质原料作为碳源，合成的硅酸盐纳米颗粒作为模板进行表面碳包覆，形成核壳结构的新型纳米颗粒；本发明提供的纳米颗粒作为润滑油添加剂时能够通过在表面形成一层无定形碳膜隔绝摩擦表面之间的接触，从而显著提高润滑油的抗磨性能。，下面是一种生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：称取一定质量比的合成纳米硅酸盐和生物质材料，将称取后的合成纳米硅酸盐和生物质材料与预定浓度的碱性溶液均匀混合后转移至高压反应釜中，加热并保温一段时间；
步骤2：待冷却后对反应产物进行蒸馏水洗涤、过滤并干燥；
步骤3：使用球磨机对干燥后的反应产物进行充分研磨，得到生物碳包覆纳米硅酸盐复合抗磨剂。
2.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述合成纳米硅酸盐及生物质材料的质量比为0.5:1-1.5:1。
3.如权利要求2所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述合成纳米硅酸盐包括：羟基硅酸镁、羟基硅酸铝、硅酸铝。
4.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述碱性溶液为：氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。
5.如权利要求4所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述碱性溶液的浓度为2-6mol/L。
6.如权利要求2所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述生物质材料包括：葡萄糖、果糖、淀粉。
7.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述加热的温度为150-200℃，保温时间为2-10小时。
8.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤2中，用蒸馏水洗涤、过滤反应产物至溶液PH值小于8。
9.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤2所述干燥温度为50-100℃。
10.如权利要求1所述的生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，其特征在于，步骤3所述研磨时间为10-30分钟。

说明书全文

一种生物 碳包覆合成纳米 硅酸盐复合抗磨剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种生物碳包覆纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法。

背景技术

[0002] 将天然硅酸盐矿石，如蛇纹石、橄榄石等，粉碎至微纳米级后可作为一种润滑油添加剂，将其用以改善机械零部件的磨损有着良好效果。但其作为天然矿物，均匀性较差，且由于现有手段的限制难以将天然硅酸盐矿石粉碎至纳米级别，这大大限制了硅酸盐矿石作为润滑油添加剂的应用。羟基硅酸镁或羟基硅酸铝等作为天然硅酸盐矿石的主要成分，对硅酸盐类矿石的抗磨作用起到决定性作用，且近年来的技术发展已经使得合成羟基硅酸镁或羟基硅酸铝等不再困难，所以合成的羟基硅酸镁或羟基硅酸铝等作为润滑油添加剂已有了广泛的使用。

[0003] 另外，使用生物质，如淀粉、玉米杆、葡萄糖等，作为碳源也经过了多年研究，但目前研究着重于使用生成的生物碳作为电极材料，而并没有人将其作为润滑油添加剂。因此，将生物碳与合成的硅酸盐矿石结合作为润滑油添加剂具有开创性意义。

发明内容

[0004] 为了进一步提高机械零部件的使用寿命，减少其磨损，提出了一种生物碳包覆纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法。该方法制备的纳米抗磨添加剂具有比硅酸盐矿石更加卓越的抗磨性能，很大延长机械设备的使用寿命。

[0005] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

[0006] 一种生物碳包覆合成纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备方法，包括如下步骤：

[0007] 步骤1：称取一定质量比的合成纳米硅酸盐和生物质材料，将称取后的合成纳米硅酸盐和生物质材料与预定浓度的碱性溶液均匀混合后转移至高压反应釜中，加热并保温一段时间；

[0008] 步骤2：待冷却后对反应产物进行蒸馏水洗涤、过滤并干燥；

[0009] 步骤3：使用球磨机对干燥后的反应产物进行充分研磨，得到生物碳包覆纳米硅酸盐复合抗磨剂。

[0010] 进一步的，步骤1所述合成纳米硅酸盐及生物质材料的质量比为0.5:1-1.5:1。

[0011] 进一步的，步骤1所述合成纳米硅酸盐包括：羟基硅酸镁、羟基硅酸铝、硅酸铝。

[0012] 进一步的，步骤1所述碱性溶液为：氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

[0013] 进一步的，步骤1所述碱性溶液的浓度为2-6mol/L。

[0014] 进一步的，步骤1所述生物质材料包括：葡萄糖、果糖、淀粉。

[0015] 进一步的，步骤1所述加热的温度为150-200℃，保温时间为2-10小时。

[0016] 进一步的，步骤2中，用蒸馏水洗涤、过滤反应产物至溶液PH值小于8。

[0017] 进一步的，步骤2所述干燥温度为50-100℃。

[0018] 进一步的，步骤3所述研磨时间为10-30分钟。

[0019] 本发明的有益效果：本发明在水热条件下，使得生物质材料发生水热分解，并以合成的纳米硅酸盐为模板，生物质材料分解产生的有机物质吸附在纳米硅酸盐表面并发生缩合及芳香化等反应形成生物碳颗粒，进而在纳米硅酸盐表面包覆一层无定形碳，从而完成了生物碳包覆纳米硅酸盐复合抗磨剂的制备；将本发明提供的纳米复合抗磨剂作为润滑油的添加剂，能够在摩擦副表面生成一层含碳膜，阻止摩擦副表面接触，从而取得良好的抗磨性能。

[0020] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1是实施例1葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的微观形貌图；

[0023] 图2是实施例1葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的X射线衍射图谱；

[0024] 图3是实施例2葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的微观形貌图；

[0025] 图4是实施例2葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的X射线衍射图谱；

[0026] 图5是本发明实验例中试件的磨斑形貌图，图5(a)为试件添加了复合抗磨添加剂的磨斑形貌图，图5(b)为试件未添加复合抗磨添加剂的磨斑形貌图；

[0027] 图6是本发明实验例中添加复合抗磨剂的磨斑的拉曼光谱图。

具体实施方式

[0028] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0029] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

[0030] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

[0031] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

[0032] 实施例1：葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的制备及表征[0033] 将已使用水热法合成的4.9289g羟基硅酸镁溶解在200ml,PH＝12的氢氧化钠溶液中，后加入7.44g葡萄糖充分混合，待溶液混合均匀后放入高压反应釜，加热温度设定为170℃，保温时间设定为6小时，冷却处理后得到反应产物；采用蒸馏水将反应产物洗涤、过滤直至溶液PH值小于8，将过滤后的合成物置于烘干机中，设定温度为80℃，干燥后得到生物碳包覆纳米羟基硅酸镁纳米粉体，如图1和图2所示。

[0034] 由图1、图2可看出，本发明实施例得到的复合抗磨剂呈长条状或颗粒状，且合成产物纯净，无杂质生成。

[0035] 实施例2：葡萄糖水热碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的制备及表征[0036] 将已使用水热法合成的4.9289g羟基硅酸镁溶解200ml,PH＝12的氢氧化钠溶液中，后加入7.44g葡萄糖充分混合，待溶液混合均匀后放入高压反应釜，加热温度设定为170℃，保温时间设定为3小时，冷却处理后得到反应产物；采用蒸馏水将反应产物洗涤、过滤直至溶液PH值小于8，将过滤后的合成物置于烘干机中，设定温度为80℃，干燥后得到生物碳包覆纳米羟基硅酸镁纳米粉体，如图3、4所示。

[0037] 由图3、图4可看出，本发明实施例得到的复合抗磨剂呈长条

[0038] 状或颗粒状，与图1相比整体尺寸更大，但合成产物纯净，无杂质生成。

[0039] 实验例：复合抗磨剂作为润滑油添加剂的四球摩擦实验

[0040] 本实验例测试了实验1得到的抗磨添加剂，添加量1wt％，基础油选择PAO10。采用MRS-10A型四球摩擦磨损试验机进行摩擦实验，载荷选择600N，转速为600r/min，试验时间2h。

[0041] 可以看出，与基础油(图5(a))相比，添加了合成的生物碳包覆纳米羟基硅酸镁复合抗磨剂的复合油(图5(b))磨斑直径明显减小且表面划痕更加光滑，说明本发明制备出的复合抗磨剂具有优异的抗磨性能；另外，由图6可知，拉曼光谱中存在明显的无定形碳的D峰和G峰，证明复合抗磨剂在磨损表面生成了一层无定形碳膜。

[0042] 以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

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