一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法

2023-09-23 08:18:45

一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法
【專利摘要】本發明屬於納米材料製備【技術領域】，公開了一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，合成步驟如下：首先將一定量的無水葡萄糖和無機鋁鹽溶解在水和無水乙醇的混合溶液中，超聲分散後，將溶液密封放置於高壓釜中，加熱，反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次水和無水乙醇洗滌5次以上，真空乾燥。產物置於葡萄糖水溶液中，超聲分散，再將懸濁液轉移至高壓釜中反應，產物經離心、洗滌、乾燥後，再置於含有無機鋁鹽的水和無水乙醇混合溶液中，超聲混合均勻後，磁力攪拌再靜置，經分離、洗滌、乾燥。最後，將產物在空氣中加熱去除碳源，得到氧化鋁納米空心球中球。本發明方法工藝簡單，易控制，可用於多種功能型氧化物納米多層空心球的製備。
【專利說明】一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於納米材料製備【技術領域】，尤其涉及了一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法。
【背景技術】
[0002]納米空心球作為一種新的納米結構，特殊的空心結構不僅使這種材料與其塊體材料相比，具有較大的內部空間及厚度在納米尺度範圍內的殼層，還具有比表面積大、密度小、表面活性高等特性，因而可作為客體物質的載體，在醫學、製藥學、材料科學、染料工業等眾多領域具有廣泛應用。
[0003]納米多層空心球作為納米空心球的一種特殊情況，也成為近年來研究的一個新的發展趨勢。這類材料與空心球一樣，具有空的內部結構及厚度在納米尺度的殼層，同時多層結構能有效利用內部空間，具有更好的結構穩定性，表現出更優異的性能，然而目前有關多層空心納米球的合成方法還很有限。
[0004]氧化鋁是一種多孔性、高分散度的固體材料，具有良好的吸附性能、表面酸性及熱穩定性，因此氧化鋁多層空心納米球比其它無機材料納米多層空心球更具優良特性，掌握氧化鋁多層納米空心球的製備方法具有重要意義。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種工藝簡單、易操作，原料成本低廉的合成方法，製備的納米空心球中球尺寸可調，壁厚可控，表面具有多孔結構。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決:` 一種氧化鋁納米空心球中球合成方法，包括以下步驟:
步驟I):將無水葡萄糖置於蒸餾水和無水乙醇的混合溶液中，超聲分散使其溶解得到澄清溶液，加入1.0-2.0 mmol無機鋁鹽，使固體充分溶解得到澄清溶液，再將該澄清溶液密封放置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜內，升溫至160 °C，並在該溫度下反應12-20 h，待反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次蒸餾水和無水乙醇洗滌5次以上，50 °〇下真空乾燥8 h，得產物A;
步驟2):將無水葡萄糖置於蒸餾水中，超聲分散得到澄清溶液，向其中加入產物A，充分混合後，密封放置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜中，升溫至160-200 V，反應10-20h，待反應結束後，高壓釜自然冷卻至室溫，產物按步驟I)所述方法離心、洗滌、乾燥，得產物B ；
步驟3):稱取產物B置於蒸餾水和無水乙醇的混合溶液中，再向其中加入無機鋁鹽，超聲混合該懸濁液10 min，攪拌並靜置，反應結束後產物按步驟I)所述方法離心、洗滌、乾燥，得產物C ；
步驟4):將產物C置於管式爐中，在空氣氣氛中，加熱至450 °C，保持2 h，再自然冷卻至室溫，最終得到氧化鋁納米空心球中球。[0007]作為優選，所述的步驟I)中的充分溶解得到的澄清溶液以5 V.HiirT1的加熱速率升溫至160 °C。若升溫速率過快，易導致球體尺寸不均一，分散性降低。
[0008]作為優選，所述的步驟2)中所述經超聲分散後的澄清溶液與產物A充分混合後，以5 °C.HiirT1加熱速率升溫至160-200 °C。若升溫速率過快，易導致碳層包裹不均勻。
[0009]作為優選，所述的步驟3)中攪拌過程採用磁力攪拌10 h後靜置10 h，這樣能使無機鋁鹽充分、均勻地負載到碳層表面。
[0010]作為優選，所述的步驟4)中將產物C置於管式爐中，在空氣氣氛中，以I OmirT1的升溫速率加熱至450 °C。若升溫速率過快，易導致球殼破碎，多層空心球結構不明顯。
[0011]通過上述方法製得的氧化鋁納米空心球中球的球粒徑為250-400 nm，壁厚為20-30 nm，表面多孔。通過控制溶劑熱反應的溫度和時間，可以得到尺寸可調，形貌可控的氧化鋁納米空心球中球結構。其特殊的空心球中球結構使其在催化劑載體和結構材料等方面具有較大的應用價值。本發明所採用的方法工藝簡單、操作安全，且成本低。
[0012]本發明中模板的合成是一種綠色方法，它的前驅體是葡萄糖，溶劑是水和無水乙醇的混合物，合成過程不再需要使用其它有機溶劑、引發劑和表面活性劑。
[0013]本發明中模板的尺寸可由反應釜在烘箱中反應溫度的高低和加熱時間的長短來控制，進而對氧化鋁納米空心球中球的大小進行調控。
[0014]本發明中空心球殼層的厚度可 由靜置陳化所用的無機鋁鹽的濃度來調節，靜置陳化的時間是保證氧化鋁球殼厚度的重要因素，靜置陳化作用之前的超聲、攪拌等手段是強化鋁鹽吸附，調節微粒分散性的關鍵因素。
[0015]本發明中煅燒過程的升溫速率、煅燒溫度和時間會影響空心球的完整性，升溫速率過快、煅燒溫度過高和煅燒時間過長會導致空心球的破碎。
[0016]本發明由於採用了以上技術方案，具有顯著的技術效果:
本發明合成過程兩次使用溶劑熱法，利用膠體碳為模板，通過表面吸附金屬陽離子，並使吸附後的複合材料在空氣中加熱除去碳模板，最終得到氧化鋁納米空心球中球結構。該合成方法簡單、易操作，選取的無機鋁鹽(鋁源)、葡萄糖(水熱合成膠體碳模板的原料)和乙醇(溶劑)均價格低廉，製備的納米空心球中球尺寸可調，壁厚可控，表面具有多孔結構。同時，這種合成納米多層空心球的方法還可以推廣到其它氧化物多層空心球的合成中。本發明方法工藝簡單，易控制，可用於多種功能型氧化物納米多層空心球的製備。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是按實施例1所述方法製備的氧化鋁納米空心球中球的透射電子顯微鏡(TEM)照片(TEM，JEM-1011，加速電壓為 80 kV)。
[0018]圖2是按實施例2所述方法製備的氧化鋁納米空心球中球的透射電子顯微鏡(TEM)照片(TEM，JEM-1011，加速電壓為 80 kV)。
[0019]圖3是按實施例3所述方法製備的氧化鋁納米空心球中球的透射電子顯微鏡(TEM)照片(TEM，JEM-1011，加速電壓為 80 kV)。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖1至附圖3與實施例對本發明作進一步詳細描述:實施例1
準確稱量1.0O g無水葡萄糖置於10 HiL蒸餾水和10 mL無水乙醇的混合溶液中，超聲分散使其溶解得到澄清溶液。再向其中加入1.0 mmol硝酸鋁，使固體充分溶解得到澄清溶液。將該溶液密封放置於容積為25 mL的聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應爸內，以5 11OmirT1的加熱速率升溫至160 °C，保持12 h。待反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次蒸餾水和無水乙醇洗滌5次以上，再在50 °C下真空乾燥8 h。準確稱量2.00 g無水葡萄糖置於20 mL蒸餾水中，超聲分散得到澄清溶液，再向其中加入上述乾燥的產物50 mg，充分混合後，再次裝入反應釜中，封釜，以5 °C.HiirT1加熱速率升溫至160 °C反應20 h，產物按上述方法進行離心、洗滌、乾燥。將乾燥後的固體100 mg置於10 mL蒸餾水和10 mL無水乙醇的混合溶液中，再向其中加入硝酸鋁，使其濃度為2.0 mol.L—1，超聲混合該懸濁液10min，再磁力攪拌10 h，靜置10 h，產物再按上述方法離心、洗滌、乾燥。最後，將乾燥後的產物置於管式爐中，在空氣氣氛中，以I °C.HiirT1的升溫速率加熱至450 °C，保持2h，再自然冷卻至室溫，即可得產品。取微量上述製備的產品用無水乙醇分散得懸濁液，將此懸濁液滴在鍍碳的銅網上，自然晾乾，即可進行透射電子顯微鏡(TEM)的觀察(圖1)。通過表徵可知，產物為氧化鋁納米球中球結構，其直徑約250 nm，殼層厚度約20 nm，內球尺寸和殼層厚度分別約80 nm和15 nm。
[0021]實施例2
準確稱量1.00 g無水葡萄糖置於10 mL蒸懼水和10 mL無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散使其溶解得到澄清溶液，再向其中加入1.5 mmol三氯化鋁，使固體充分溶解得到澄清溶液。將該溶液密封放置於容積為25 mL的聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應釜內，以5°C.HiirT1的加熱速率升溫至160 °C，保持20 h。待反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次水和無水乙醇洗滌5次以上，再在50 °C下真空乾燥8 h。準確稱量3.50 g無水葡萄糖置於20 mL蒸餾水中，超聲分散得到澄清溶液，再向其中加入上述乾燥的產物50 mg,充分混合後，再次裝入反應釜`中，封釜，以5 °C.HiirT1加熱速率升溫至180 °C反應12 h，產物按上述方法進行離心、洗滌、乾燥。將乾燥後的固體100 mg置於10 mL蒸餾水和10 mL無水乙醇的混合溶液中，再向其中加入三氯化鋁，使其濃度為5.0 mol.L—1，超聲混合該懸濁液10 min，再磁力攪拌10 h，靜置10 h，產物再按上述方法離心、洗滌、乾燥。最後，將乾燥後的產物置於管式爐中，在空氣氣氛中，以I TiirT1的升溫速率加熱至450 °C，保持2h，再自然冷卻至室溫，即可得產品。取微量上述製備的產品用無水乙醇分散得懸濁液，將此懸濁液滴在鍍碳的銅網上，自然晾乾，即可進行透射電子顯微鏡(TEM)觀察(圖2)。通過表徵可知，產物為氧化鋁納米空心球中球，其直徑約350 nm，殼層厚度約25 nm，內球尺寸和殼層厚度分別約120 nm和25 nm。
[0022]實施例3
準確稱量1.00 g無水葡萄糖置於10 mL蒸懼水和10 mL無水乙醇的混合溶劑中，超聲分散使其溶解得到澄清溶液，再向其中加入2.0 mmol硝酸鋁，使固體充分溶解得到澄清溶液。將該溶液密封放置於容積為25 mL的聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼反應爸內，以5 11OmirT1的加熱速率升溫至160 °C，保持16 h。待反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次水和無水乙醇洗滌5次以上，再在50 °C下真空乾燥8 h。準確稱量5.00 g無水葡萄糖置於20mL蒸餾水中，超聲分散得到澄清溶液，再向其中加入上述乾燥的產物50 mg，充分混合後，再次裝入反應釜中，封釜，以5 °C.min—1加熱速率升溫至200 °C反應10 h，產物按上述方法進行離心、洗滌、乾燥。將乾燥後的固體100 mg置於10 mL蒸餾水和10 mL無水乙醇的混合溶液中，再向其中加入硝酸鋁，使其濃度為8.0 mol噸―1，超聲混合該懸濁液10 min，再磁力攪拌10 h，靜置10 h，產物再按上述方法離心、洗滌、乾燥。最後，將乾燥後的產物置於管式爐中，在空氣氣氛中，以I °C.HiirT1的升溫速率加熱至450 °C，保持2 h，再自然冷卻至室溫，即可得產品。取微量上述製備的產品用無水乙醇分散得懸濁液，將此懸濁液滴在鍍碳的銅網上，自然晾乾，即可進行透射電子顯微鏡(TEM)觀察(圖3)。通過表徵可知，產物為氧化鋁納米空心球中球，其直徑約400 nm，殼層厚度約30 nm，內球尺寸和殼層厚度分別約120nm 和 30 nm。
[0023]總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發明專`利的涵蓋範圍。
【權利要求】
1.一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟I):將無水葡萄糖置於蒸餾水和無水乙醇的混合溶液中，超聲分散使其溶解得到澄清溶液，加入1.0-2.0 mmol無機鋁鹽，使固體充分溶解得到澄清溶液，再將該澄清溶液密封放置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜內，升溫至160 °C，並在該溫度下反應12-20 h，待反應結束後，離心分離得到的產物依次經二次蒸餾水和無水乙醇洗滌5次以上，50 °〇下真空乾燥8 h，得產物A; 步驟2):將無水葡萄糖置於蒸餾水中，超聲分散得到澄清溶液，向其中加入產物A，充分混合後，密封放置於聚四氟乙烯內襯的不鏽鋼高壓釜內，升溫至160-200 V，反應10-20h，待反應結束後，高壓釜自然冷卻至室溫，產物按步驟I)所述方法離心、洗滌、乾燥，得產物B ； 步驟3):稱取產物B置於蒸餾水和無水乙醇的混合溶液中，再向其中加入無機鋁鹽，超聲混合該懸濁液10 min，攪拌並靜置，反應結束後產物按步驟I)所述方法離心、洗滌、乾燥，得產物C ； 步驟4):將產物C置於管式爐中，在空氣氣氛中，加熱至450 °C，保持2 h，再自然冷卻至室溫，最終得到氧化鋁納米空心球中球。
2.根據權利要求1所述的一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，其特徵在於:所述的步驟I)中的充分溶解得到的澄清溶液以5 V.HiirT1的加熱速率升溫至160 °C。
3.根據權利要求1所述的 一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，其特徵在於:所述的步驟2)中所述經超聲分散後的澄清溶液與產物A充分混合後，以5 °C.min-1加熱速率升溫至160-200 V。
4.根據權利要求1所述的一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，其特徵在於:所述的步驟3)中攪拌過程採用磁力攪拌10 h後靜置10 h。
5.根據權利要求1所述的一種氧化鋁納米空心球中球的合成方法，其特徵在於:所述的步驟4)中將產物C置於管式爐中，在空氣氣氛中，以I °C.rnirT1的升溫速率加熱至450O。
6.根據權利要求1-5任一所述的方法製得的氧化鋁納米空心球中球，其特徵在於:所述的氧化鋁納米空心球中球的球粒徑為250-400 nm，壁厚為20-30 nm，表面多孔。
【文檔編號】B01J21/04GK103771470SQ201410023619
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】陶菲菲, 盛聰聰, 林久棟 申請人:紹興文理學院