專(zhuān)利名稱(chēng)：一種介孔納米氧化鋁的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介孔納米氧化鋁的制備方法。
背景技術(shù)：
介孔納米材料作為一類(lèi)新型的功能性材料，由于具有較高的比表面積、有序的孔道結(jié) 構(gòu)、可調(diào)的孔徑，以及良好的化學(xué)和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。氧化鋁材料是一種 最常見(jiàn)和應(yīng)用最廣泛的吸附和催化載體。傳統(tǒng)的活性氧化鋁以Y-Al203最為常見(jiàn)，應(yīng)用最
廣泛，但由于其屬于微孔材料，孔徑分布較寬且不均一，在一定程度上限制了其在合成、 催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，合成具有大比表面積、大孔容、孔徑分布窄且均一的介孔納米 氧化鋁材料具有重要的應(yīng)用前景。
文獻(xiàn)Yuan, Q.,et al., Facile synthesis for ordered mesoporous gamma-aluminas with high thermal stability. Journal of the American Chemical Society, 2008. 130(11): p. 3465-3472，介紹
了一種基于溶膠凝膠法制備的有序介孔Y -A1203的制備方法。以非離子嵌段共聚物為模板 劑，以有機(jī)醇鋁為鋁源，合成孔道成高度有序的六方型，比表面積達(dá)400m2/g。該方法的 缺點(diǎn)是鋁源和模板劑均較昂貴，且鋁源易燃危險(xiǎn)，無(wú)法適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明 采用模板法，常溫下合成，以常見(jiàn)的各種表面活性劑一十六垸基三甲基溴化銨、P123/F127、 月桂酸/棕櫚酸等為模板，以及相對(duì)廉價(jià)及安全的無(wú)機(jī)鋁酸鹽為鋁源，制備出較大比表面積、 較大孔容和孔徑較窄且分布均一的介孔納米級(jí)Y-A1203，具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種介孔納米氧化鋁的制備方法。
本發(fā)明提出的介孔納米氧化鋁的制備方法，具體步驟如下
(1) 將鋁源溶解于蒸餾水中，接著向其中加入HC1，得到膠狀溶液A;
(2) 向表面活性劑中加入醇類(lèi)溶劑，攪拌均勻，得到溶液B;
(3) 將溶液B在攪拌狀態(tài)下加入步驟(1)所得膠狀溶液A，攪拌均勻，老化，過(guò)濾，洗漆，
干燥，程序升溫，并在該溫度下焙燒，即得所需產(chǎn)品。 本發(fā)明中，所述鋁源為鋁酸鈉。
本發(fā)明中，所述表面活性劑可以采用陽(yáng)離子表面活性劑、非離子表面活性劑或陰離子
表面活性劑中任一種。其中，陽(yáng)離子表面活性劑可以采用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，非離子表面活性劑可以采用嵌段共聚物P123/F127，陰離子表面活性劑可以采用月桂酸/棕 櫚酸。
本發(fā)明中，所述陽(yáng)離子表面活性劑與鋁源的摩爾比為0.5:1 1:1，非離子表面模板劑 與鋁源的摩爾比為0.01:1 0.1:1，陰離子表面模板劑與鋁源的摩爾比為0丄1 0.5:1。 本發(fā)明中，歩驟(3)中所述程序升溫的升溫速率為5 1(TC/min。 本發(fā)明中，步驟(3)中所述焙燒溫度為500 60(TC，焙燒時(shí)間為3 5h。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明制備的介孔納米氧化鋁具有較高的比表面積、較窄較 大的孔容和孔徑較窄且分布均一的特點(diǎn)。本方法在室溫下合成，空氣中焙燒，且避免使用 昂貴的有機(jī)鋁源，操作方法簡(jiǎn)單。所得產(chǎn)品可作為吸附、催化過(guò)程中的良好載體，具有重 要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖1為實(shí)施例1所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。
圖2為實(shí)施例1所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。 圖3為實(shí)施例2所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。 圖4為實(shí)施例2所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。 圖5為實(shí)施例3所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。 圖6為實(shí)施例3所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。 圖7為實(shí)施例4所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。 圖8為實(shí)施例4所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。 圖9為實(shí)施例5所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。 圖10為實(shí)施例5所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例1的具體制備步驟如下
取8.2g鋁酸鈉于一燒杯中，加入50ml蒸餾水并攪拌溶解，然后緩慢逐滴加入9.12ml HC1，得到膠狀溶液A。取32.8g十六垸基三甲基溴化銨于一燒杯中，加入300ml無(wú)水乙醇， 不斷攪拌至完全溶解的清亮溶液B。將B溶液在攪拌狀態(tài)下加入溶液A，繼續(xù)攪拌1小時(shí)。 之后在室溫下干燥，將得到的固體粉末研磨后置于密閉容器中，在90。C自生壓力條件下晶 化2天，過(guò)濾，用無(wú)水乙醇洗滌，然后在60'C干燥1天。將得到的粉末置于馬弗爐中，以 程序升溫(升溫速率1(TC/min)至600°C，并保持4小時(shí)，冷卻取出得到該介孔納米氧化鋁 粉末。得到的介孔納米氧化鋁樣品的主要物化性質(zhì)為比表面積202m"g，孔容0.46cmVg，平均孔徑6.43nm。
圖1是實(shí)施例I所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。可
以看出用本實(shí)施例合成的樣品呈現(xiàn)典型的LangmiiirIV型吸附曲線。在N2相對(duì)壓力較低時(shí) (P/PQ<0.6),樣品的吸附是N2在中孔孔壁上發(fā)生的單分子不飽和吸附；隨著相對(duì)壓力的升 高(0.8> P/Po>0.6)， N2在均勻中孔孔道內(nèi)發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用而引起的彎曲拐點(diǎn)特征；隨 后的吸附平臺(tái)(P/PoX).8)表明N2在中孔內(nèi)的吸附達(dá)到平衡。經(jīng)BET公式計(jì)算得到所制備樣 品的比表面積為202 m2/g。
圖2是實(shí)施例1所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。由圖可以 看出本實(shí)施例制備的介孔納米氧化鋁孔徑分布狹窄且呈單峰分布，主要集中在2nm 8nm 之間。經(jīng)BJH法計(jì)算得所制備樣品的孔容為0.46cm"g，平均孔徑為6.43nm。
實(shí)施例2的具體制備步驟如下
取8.2g鋁酸鈉于一燒杯中，加入50ml蒸餾水并攪拌溶解，然后緩慢逐滴加入9.12ml HC1,得到膠狀溶液A。取7.19g嵌段共聚物P123于一燒杯中，加入300ml無(wú)水乙醇，不 斷攪拌至完全溶解的清亮溶液B。其他步驟同實(shí)施例1。得到的介孔納米氧化鋁樣品的主 要物化性質(zhì)為比表面積229m々g，孔容0.44cmS/g，平均孔徑5.92nm。
圖3是實(shí)施例2所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖?？?以看出用本實(shí)施例合成的樣品呈現(xiàn)典型的LangmuirIV型吸附曲線。在N2相對(duì)壓力較低時(shí) (P/PQ<0.6)，樣品的吸附是N2在中孔孔壁上發(fā)生的單分子不飽和吸附；隨著相對(duì)壓力的升 高(0.85〉P/Po〉0.6)， N2在均勻中孔孔道內(nèi)發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用而引起的彎曲拐點(diǎn)特征；隨 后的吸附平臺(tái)(P/PoX).85)表明N2在中孔內(nèi)的吸附達(dá)到平衡。經(jīng)BET公式計(jì)算得到所制備 樣品的比表面積為229 m2/g。
圖4是實(shí)施例2所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。由圖可以 看出本實(shí)施例制備的介孔納米氧化鋁孔徑分布狹窄且呈單峰分布，主要集中在3nm 10nm 之間。經(jīng)BJH法計(jì)算得所制備樣品的孔容為0.44cm3/g，平均孔徑為5.92nm。
實(shí)施例3的具體制備歩驟如下
取8.2g鋁酸鈉于一燒杯中，加入50ml蒸餾水并攪拌溶解，然后緩慢逐滴加入9.12ml HC1，得到膠狀溶液A。取9.96g嵌段共聚物F127于一燒杯中，加入300ml無(wú)水乙醇，不 斷攪拌至完全溶解的清亮溶液B。其他歩驟同實(shí)施例1。得到的介孔納米氧化鋁樣品的主 要物化性質(zhì)為比表面積239m"g，孔容0.50cmVg，平均孔徑6.62nm。
圖5是實(shí)施例3所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。可 以看出用本實(shí)施例合成的樣品呈現(xiàn)典型的Langmuir IV型吸附曲線。在N2相對(duì)壓力較低時(shí)(P/PQ<0.6)，樣品的吸附是N2在中孔孔壁上發(fā)生的單分子不飽和吸附；隨著相對(duì)壓力的升 高(0.9〉P/PoX).6)， N2在均勻中孔孔道內(nèi)發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用而引起的彎曲拐點(diǎn)特征；隨后 的吸附平臺(tái)(P/Po〉0.9)表明N2在中孔內(nèi)的吸附達(dá)到平衡。經(jīng)BET公式計(jì)算得到所制備樣品 的比表面積為239m2/g。
圖6是實(shí)施例3所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。由圖可以 看出本實(shí)施例制備的介孔納米氧化鋁孔徑分布狹窄且呈單峰分布，主要集中在4nm llnm 之間。經(jīng)BJH法計(jì)算得所制備樣品的孔容為0.50cm"g，平均孔徑為6.62nm。
實(shí)施例4的具體制備步驟如下
取8.2g鋁酸鈉于一燒杯中，加入50ml蒸餾水并攪拌溶解，然后緩慢逐滴加入9.12ml HC1，得到膠狀溶液A。取6.01g月桂酸于一燒杯中，加入300ml無(wú)水乙醇，不斷攪拌至完 全溶解的清亮溶液B。其他步驟同實(shí)施例1。得到的介孔納米氧化鋁樣品的主要物化性質(zhì) 為比表面積251m2/g，孔容0.31cm3/g，平均孔徑3.95nm。
圖7是實(shí)施例4所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖。可 以看出用本實(shí)施例合成的樣品呈現(xiàn)典型的Langmuir IV型吸附曲線。在N2相對(duì)壓力較低時(shí) (P/PQ<0.45)，樣品的吸附是N2在中孔孔壁上發(fā)生的單分子不飽和吸附；隨著相對(duì)壓力的升 高(0.75〉P/PoX3.45)， N2在均勻中孔孔道內(nèi)發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用而引起的彎曲拐點(diǎn)特征；隨 后的吸附平臺(tái)(0.95〉P/PoX).75)表明N2在中孔內(nèi)的吸附達(dá)到平衡。在相對(duì)壓力較高時(shí) (P/PoX).95)出現(xiàn)的小段突躍，則是N2在大顆粒間產(chǎn)生了凝聚的結(jié)果。經(jīng)BET公式計(jì)算得 到所制備樣品的比表面積為251 m2/g。
圖8是實(shí)施例4所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。由圖可以 看出本實(shí)施例制備的介孔納米氧化鋁孔徑分布狹窄且呈單峰分布，主要集中在3nm 7nm 之間。經(jīng)BJH法計(jì)算得所制備樣品的孔容為0.31cm"g，平均孔徑為3.95nm。
實(shí)施例5的具體制備步驟如下
取8.2g鋁酸鈉于一燒杯中，加入50ml蒸餾水并攪拌溶解，然后緩慢逐滴加入9.12ml HC1，得到膠狀溶液A。取7.69g棕櫚酸于一燒杯中，加入300ml無(wú)水乙醇，不斷攪拌至完 全溶解的清亮溶液B。其他歩驟同實(shí)施例1。得到的介孔納米氧化鋁樣品的主要物化性質(zhì) 為比表面積182m2/g，孔容0.26cm3/g，平均孔徑4.82nm。
圖9是實(shí)施例5所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的N2吸附-脫附等溫線圖?？?以看出用本實(shí)施例合成的樣品呈現(xiàn)典型的Langmuir IV型吸附曲線。在N2相對(duì)壓力較低時(shí) (P/Po<0.55)，樣品的吸附是N2在中孔孔壁上發(fā)生的單分子不飽和吸附；隨著相對(duì)壓力的升 高(0.85〉P/PoX).55)， N2在均勻中孔孔道內(nèi)發(fā)生毛細(xì)管凝聚作用而引起的彎曲拐點(diǎn)特征隨
6后的吸附平臺(tái)(P/Po〉0.85)表明N2在中孔內(nèi)的吸附達(dá)到平衡。經(jīng)BET公式計(jì)算得到所制備 樣品的比表面積為182m2/g。
圖10是實(shí)施例5所述的介孔納米氧化鋁的合成方法制備的孔徑分布曲線圖。由圖可 以看出本實(shí)施例制備的介孔納米氧化鋁孔徑分布狹窄且呈單峰分布，主要集中在3nm 7nm之間。經(jīng)BJH法計(jì)算得所制備樣品的孔容為0.26cm3/g，平均孔徑為4.82nm。
權(quán)利要求
1、一種介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于具體步驟如下(1)將鋁源溶解于蒸餾水中，接著向其中加入HCl，得到膠狀溶液A；(2)向表面活性劑中加入醇類(lèi)溶劑，攪拌均勻，得到溶液B；(3)將溶液B在攪拌狀態(tài)下加入步驟(1)所得膠狀溶液A，攪拌均勻，老化，過(guò)濾，洗滌，干燥，程序升溫，并在該溫度下焙燒，即得所需產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于所述鋁源為鋁酸鈉。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于所述表面活性劑可以采用陽(yáng)離子表面活性劑、非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑中任一種。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于所述陽(yáng)離子表面 活性劑與鋁源的摩爾比為0.5:1 1:1，非離子表面模板劑與鋁源的摩爾比為0.01:1 0丄1， 陰離子表面模板劑與鋁源的摩爾比為0丄1 0.5:1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述程 序升溫的升溫速率為5 10'C/min。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的介孔納米氧化鋁的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述焙 燒溫度為500 60(TC，焙燒時(shí)間為3 5h。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種介孔納米氧化鋁的制備方法。該方法是在無(wú)機(jī)鋁酸鹽溶液中加入沉淀劑溶液。當(dāng)反應(yīng)達(dá)到一定條件后，加入表面活性劑作為模板劑。在一定條件下，將反應(yīng)得到的前驅(qū)體老化、干燥、洗滌并將制得的前驅(qū)體粉末煅燒，得到介孔納米氧化鋁。本方法工藝簡(jiǎn)單、操作安全、生產(chǎn)成本低、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。所制得的納米介孔氧化鋁具有較高的比表面積，較窄的孔徑分布和較大的孔徑與孔容，熱穩(wěn)定性高，可作為吸附、催化過(guò)程中的良好載體，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01F7/00GK101492170SQ20091004666
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者吳一楠, 琪 周, 張冰如, 冉 徐, 李風(fēng)亭 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)