[發(fā)明專利]一種采用流變相反應(yīng)法合成花球狀介孔氧化鋁的方法

有效

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• 申請日: 2016-07-25
• 公開（公告）號: CN106186013B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭雪琳;鄭瑛;李水艷;翁家寶;陳登龍
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)泉港石化研究院
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司35208
• 代理人: 王義星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是屬于一種介孔氧化鋁的制備方法，尤其涉及一種采用流變相反應(yīng)法制備花球狀介孔氧化鋁的方法。

背景技術(shù)

介孔氧化鋁具有均一的孔結(jié)構(gòu)，高的比表面積，窄的孔徑分布以及高的熱穩(wěn)定性使其呈現(xiàn)獨(dú)特的催化、吸附、光學(xué)、和導(dǎo)電性能，在石油精煉，汽車尾氣控制和陶瓷工藝等化學(xué)過程中具有重要的商業(yè)應(yīng)用價(jià)值。氧化鋁的性能不僅取決于比表面積與孔結(jié)構(gòu)，還受形貌的顯著影響，規(guī)整形貌的氧化鋁具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，因此制備具有特殊形貌的介孔氧化鋁仍是氧化鋁材料研究的熱點(diǎn)。

制備介孔氧化鋁的方法主要有溶膠-凝膠法，水/溶劑熱法，模板法等，通過改變模板劑、添加劑、陳化及熱處理方法等反應(yīng)條件調(diào)控氧化鋁的形貌。Wu Liang等（Microporous and Mesoporous Materials,2015,202,234）通過環(huán)氧驅(qū)動的溶膠-凝膠法制備刺球狀介孔氧化鋁空心微球，通過陳化時間和混合溶劑的比例調(diào)控微球的形貌。Zheng Ying等(RSC Advances,2015,5,93917)以異丙醇鋁為鋁源，嵌段共聚物P123為模板劑，通過溶膠-凝膠法，控制溶膠過程溫度，得到規(guī)整的直徑為100-300nm介孔氧化鋁納米球。Zhu zhenfeng （Chemical Engineering Journal 2009,155, 925; Microporous and Mesoporous Materials, 2009,12,39; Journal of Materials Science, 2010,45,46）等以水熱法，聚乙二醇為模板劑，通過添加尿素作為沉淀劑制備出高比表面積、多層結(jié)構(gòu)的微米級纖維狀介孔氧化鋁和納米級的氧化鋁納米棒。然而，上述制備方法步驟繁瑣，制備周期較長，需要消耗大量的溶劑，或使用價(jià)格昂貴的嵌段共聚物為模板劑（如P123、F127），使得介孔氧化鋁制備制備成本高，并且使用的大分子模板劑在焙燒過程中釋放大量有毒有害氣體，均不利于介孔氧化鋁大規(guī)模生產(chǎn)的實(shí)施。因此，尋找簡單的制備工藝，減少溶劑與模板劑的使用對實(shí)現(xiàn)具有高比表面積介孔氧化鋁的大規(guī)模制備具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，減少模板劑和有機(jī)溶劑的使用，提供一種工藝簡單、易控制、低成本合成三維花球狀介孔氧化鋁的流變相制備方法。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：花球狀介孔氧化鋁的流變相制備方法，按以下步驟進(jìn)行合成：

1）先將無機(jī)鋁鹽或有機(jī)鋁、膽酸鈉、稀土鑭化合物按一定比例混合，充分研磨均勻；2）加入乙醇-水的混合溶劑，充分研磨得到均勻的流變相物質(zhì)；3）將步驟2)得到的流變相物質(zhì)移入高壓反應(yīng)釜中，60-150℃恒溫12-24小時，進(jìn)行流變相反應(yīng)，后自然冷卻得到干凝膠；4）將步驟3)得到的干凝膠移至管式爐中于550-800℃焙燒2-5小時，升溫速率為1-5℃/min，后自然冷卻至室溫得到所述花球狀介孔γ-Al₂O₃納米材料。

所述無機(jī)鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁，有機(jī)鋁為異丙醇鋁，優(yōu)選異丙醇鋁。

所述鑭化合物為硝酸鑭或氯化鑭等，或以其氧化物與硝酸、鹽酸等來配制溶液。

所述鋁鹽:膽酸鈉:鑭化合物的物質(zhì)量的比例范圍是1:（0.005-1）:（0.01-0.1），優(yōu)選為1:0.05:0.03。

所述乙醇與水的混合比例為1-4:1。

所述乙醇/水質(zhì)量與固體原料總質(zhì)量比為0.5-2:1。

本發(fā)明在較低的溫度下以少量的膽酸鈉與鑭鹽組裝成聚集體作為軟模板，采用流變相反應(yīng)合成技術(shù)制備三維花球狀介孔氧化鋁的方法。

本發(fā)明采用的模板劑--膽酸鈉是膽汁的重要成分，降解安全，是一種環(huán)境友好的陰離子型生物表面活性劑，可與稀土金屬快速組裝形成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的聚集體。該聚集體可作為軟模板，在其生長過程中誘導(dǎo)通過靜電或配位作用富集在軟模板表面的前驅(qū)體同步生長，形成具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的無機(jī)納米材料。

本發(fā)明采用的流變相合成法不同于傳統(tǒng)的液相、 固相合成法，是將固體反應(yīng)原料在室溫下按一定比例混合，充分研磨后，加入少量的溶劑將體系混合均一，調(diào)制成固體微粒和液體物質(zhì)分布均勻、不分層的糊狀或黏稠狀固液混合體系，即流變相體系，將體系置于適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下進(jìn)行反應(yīng)。在流變相體系中，物質(zhì)會表現(xiàn)出超濃度現(xiàn)象和新的反應(yīng)特性，可獲得具有新穎的形貌和性能的納米材料。并且，流變相法避免了液相法大量溶劑的使用，反應(yīng)溫度低且容易控制，便于批量生產(chǎn)，是一種“節(jié)能、高效、減污的”綠色合成路線。