[發明專利]一種鋁基體-介孔氧化鋁復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410354041.0
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN104148040A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 路勇;王純正;韓璐蓬;趙安琪;劉曄
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: B01J21/04
• 分類號: B01J21/04;B01J32/00;B01J23/60;B01J23/889;C01B3/32;C07C1/04;C07C11/02
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

技術領域

本發明涉及一種鋁基體-介孔氧化鋁復合材料及其制備方法和應用，具體說，是涉及一種在水熱條件下通過鋁與水反應實現介孔擬薄水鋁石層在鋁基體表面原位生長，再經過高溫焙燒轉晶形成的一種鋁基體-介孔氧化鋁復合材料及其作為催化劑載體的應用。

背景技術

氧化鋁是一種優異的催化劑或催化劑載體，在能源化工、環境保護等領域的應用十分廣泛。近年來，介孔氧化鋁由于其較高的比表面積、較窄的孔徑分布且孔徑大小連續可調的特性，有關的合成和在吸附、分離、催化劑以及催化劑載體等方面的應用引起了人們的極大興趣。按照國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)的相關定義，介孔材料是指孔徑介于2～50納米的一類多孔材料。介孔氧化鋁的制備方法有凝膠-溶膠法、模板法、硫酸銨法等，其中以表面活性劑為軟模板劑制備介孔氧化鋁材料的研究最多。目前公開的介孔氧化鋁的制備方法，大多采用醇鋁等化工原料作為鋁源，水解受環境因素影響大對反應條件要求高，制備過程重復困難；同時，制備過程中一般需要昂貴的專業化學品為模板劑，且制備過程中不可避免的產生有毒的副產物。中國發明專利201210500632.5公開了一種以天然礦物為鋁源結合除鐵工藝的無鐵介孔氧化鋁的制備方法，其使用的模板劑為曲拉通X-100或十六烷基溴化銨。中國發明專利201110136105.6公開了一種以無機鋁鹽為鋁源銨鹽為沉淀劑，采用沉淀法制備了一種纖維狀的介孔氧化鋁。中國發明專利201210119658.5以表面活性劑P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)為結構導向劑、異丙醇鋁為鋁源，制備了一種介孔氧化鋁。

另外，微結構化催化劑和反應器(Microstructured?Catalyst?or?Catalytic?Reactors,MCRs)在多相催化領域的研究正在受到越來越多的關注。雖然催化反應是一個表/界面過程，但在反應器宏尺度下往往受限于催化劑床層內的流動與傳遞過程的制約，導致催化劑活性和選擇性甚至催化劑穩定性受到負面影響。MCRs技術已被廣泛證實能顯著優化固體催化劑床層的流體力學行為和提高催化劑床層內部的傳質/傳熱性能。MCRs技術的優勢在于能對催化劑大小和形狀等細節，直至催化劑周圍環境進行精準設計和控制，在調控擴散距離和空隙率等方面表現出高度靈活性。介孔氧化鋁是一種優異的催化劑或催化劑載體，在能源化工、環境保護等領域的應用十分廣泛。研制和開發整裝微結構化介孔氧化鋁材料，對解決介孔氧化鋁催化材料在能源化工反應過程應用中存在的強烈熱效應和傳質限制等問題以及滿足環境催化(如VOCs催化燃燒)過程對高通量、低壓降等的特殊要求，具有重要價值和廣泛應用前景。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題和需求，本發明的目的是提供一種鋁基體-介孔氧化鋁復合材料及其制備方法和應用，以解決介孔氧化鋁材料在能源化工反應過程中存在的強烈熱效應和傳質限制等問題及滿足環境催化(如VOCs催化燃燒)過程對高通量、低壓降等特殊要求。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明所述的鋁基體-介孔氧化鋁復合材料，是由鋁基體及生長在其表面上的介孔氧化鋁層組成，其中的介孔氧化鋁所占的質量百分比為0.1～50％，所述介孔的最可幾孔徑為2～20納米。

本發明所述的鋁基體的材質可為金屬鋁或含鋁合金(如：鎂鋁合金、鎂鋅鋁合金等)。

本發明所述的鋁基體的形態結構可根據需要選擇各種形態結構(如：粉末、顆粒、纖維、纖維氈、絲、絲網、管、片、箔、泡沫、鋁基微通道等)，以滿足不同應用的需求和要求。所述粉末的直徑優選為10～200微米；所述顆粒的直徑優選為0.2～2毫米；所述纖維的直徑優選為4～150微米；所述的纖維氈優選為由直徑為4～150微米的纖維燒結而成的具有三維網絡開放結構的整裝式纖維氈；所述絲的直徑優選為0.15～5毫米；所述絲網優選為由直徑為0.15～5毫米的絲編織而成的網狀結構；所述管的外徑優選為2～50毫米、壁厚優選為0.5～5毫米；所述片的厚度優選為0.1～2毫米；所述箔的厚度優選為0.5～100微米；所述泡沫的開孔度優選為10～50；所述鋁基微通道的寬度范圍優選為0.5～5毫米。

一種制備本發明所述的鋁基體-介孔氧化鋁復合材料的方法，是首先在水熱條件下通過鋁與水的反應實現擬薄水鋁石在鋁基體表面的原位生長，然后對生成的擬薄水鋁石進行高溫焙燒轉晶，包括如下具體步驟：

a)對鋁基體進行表面清潔處理，以去除鋁基體表面的氧化物層及污染物；