納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的合成方法
2023-04-29 21:08:31 1
專利名稱：納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的合成方法
技術領域：
本發明屬於無機孔材料領域，具體涉及一種製備納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的方法。
本發明提出的合成納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的方法，在有機溶劑和水的混合溶劑或純有機溶劑中，在鹽酸的催化作用下，以表面活性劑為結構導向劑，與無機鋁材料共組裝成具有介觀有序結構的小球，高溫下脫去作為模板的表面活性劑，即得到一種具有均勻介孔的氧化鋁球。具體步驟如下(1)將適量的表面活性劑Aldrich P123(即EO20PO70EO20平均分子量5800)和鹽酸溶解在有機溶劑和水的混合溶劑中；(2)將適量的異丁醇鋁溶解在相同的有機溶劑中；(3)勻速攪拌下，將步驟(2)中的溶液緩慢地滴加於步驟(1)所製備的溶液中，繼續攪拌直至反應完全。各反應組份的用量重量比例為P123∶有機溶劑∶水∶異丁醇鋁∶鹽酸＝(0.9-1.2)∶(21.0-19.0)∶(1.1-3.1)∶(3.0-3.4)∶(1.0-2.0)；(4)將反應混合物過濾，並用有機溶劑洗滌2-5次。產物在室溫下乾燥；(5)將乾燥後的氧化鋁材料在500-600℃焙燒5-8小時，脫去表面活性劑，得到介孔氧化鋁球。
在本發明中，採用了有機溶劑和水的混合溶劑或純的有機溶劑。其中，有機溶機一般可採用乙腈、N，N-二甲基甲醯胺(DMF)或四氫呋喃(THF)。混合溶劑的組成和配比對介孔氧化鋁球的形狀及尺寸會有影響。改變混合溶劑的配比，可以改變所得到的介孔氧化鋁球的尺寸，即隨著溶劑極性的減小，得到的氧化鋁球的直徑將增大，最大可達900nm。
在本發明中，合成氧化鋁球時採用鹽酸作為催化劑。在合成介孔氧化鋁球時，鹽酸的量會影響所得到的球的大小。在有機溶劑和水的比例一定時，增加鹽酸的量，合成出的氧化鋁小球的直徑會隨之增加。
在本發明中，合成過程中應該保持電磁攪拌器的攪拌速度恆定。勻速的攪拌對生成直徑均一的氧化鋁小球有影響。在攪拌速度較快時，所得到的氧化鋁球的直徑會稍有增大。
在本發明中，我們採用了表面活性劑作為介孔球的介孔結構的導向劑。在合成氧化鋁球時，採用了三嵌段表面活性劑Aldrich P123(即EO20PO70EO20，平均分子量5800)作為結構導向劑。在鹽酸的催化下，異丁醇鋁水解得到的氧化鋁與P123共組裝成介觀有序結構。同時由於有機溶劑的作用和均勻攪拌的條件，所得到的介孔氧化鋁球具有均勻的球形，並且具有類似介孔材料MCM-41的介孔孔道結構。介孔氧化鋁球具有均一的直徑可以由掃描電子顯微鏡(SEM)和透射電子顯微鏡(TEM)看出。氮氣吸附--脫附實驗(BET)結果表明，所得到的介孔氧化鋁球具有極高的比表面和均一的孔徑分布，所得到的介孔氧化鋁球的孔徑達到10nm。改變作為模板的結構導向劑，可以改變所得到的介孔球中介孔的孔徑。
在本發明中，我們還可將介孔氧化鋁球合成步驟(3)的產物在100℃水熱處理24-48小時。由X射線衍射(XRD)圖譜可知，經過水熱處理後，所得到的介孔氧化鋁球具有更加有序的介孔結構。
將3.0克異丁醇鋁溶解在10.0克乙腈溶劑中。
在勻速攪拌下，將步驟(2)中的溶液緩慢地滴加在步驟(1)所製備的溶液中。繼續在室溫下攪拌6小時。
將白色混合物過濾，並用乙腈洗滌數次。產物在室溫下乾燥。
乾燥後的氧化鋁材料在550℃焙燒，脫去表面活性劑，得到介孔氧化鋁球。
從透射電子顯微鏡(TEM)圖上可以看出，所得到的介孔氧化鋁球的直徑在400nm左右，孔徑不太有序。氮氣吸附-脫附實驗(BET)的結果表明，孔徑約為10nm，比表面積為360平方米/克。
實施例2，各個過程均按實施例1程序，將溶劑改成四氫呋哺和水，改變後各試劑的用量為1.1g P123、21.0g四氫呋喃、1.1g水、3.0g異丁醇鋁、2.0g(2M)鹽酸。
此時，所得到的介孔氧化鋁球的直徑在900納米左右。而孔徑、結構與實施例1的結果相近。
實施例3，各個過程均按實施例1程序，將溶劑改成N，N-二甲基甲醯胺(DMF)和水。
此時，所得到的介孔氧化鋁球的直徑在200納米左右。而孔徑、結構與實施例1的結果相近。
權利要求
1.一種納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的合成方法，其特徵在於在有機溶劑和水的混合溶劑或純有機溶劑中，在鹽酸的催化作用下，以表面活性劑為結構導向劑，與無機鋁材料共組裝成具有介觀有序結構的小球，高溫下脫去作為模板的表面活性劑，得到一種具有均勻介孔的氧化鋁球，具體步驟如下(1)將適量的表面活性劑P123和鹽酸溶解在有機溶劑和水的混合溶劑中；(2)將適量的異丁醇鋁溶解在相同的有機溶劑中；(3)勻速攪拌下，將步驟(2)中的溶液緩慢地滴加於步驟(1)所製備的溶液中，繼續攪拌直至反應完全，各反應組分的用量重量比例為P123∶有機溶機∶水∶異丁醇鋁∶鹽酸＝(0.9-1.2)∶(21.0-19.0)∶(1.1-3.1)∶(3.0-3.4)∶(1.0-2.0)；(4)將反應混合物過濾，並用有機溶劑洗滌2-5次，產物在室溫下乾燥；(5)將乾燥後的氧化鋁材料在500-600℃焙燒5-8小時，脫去表面活性劑，得到介孔氧化鋁球。
2.根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於應用的有機溶劑為乙腈、N，N-二甲基甲醯胺或四氫呋哺。
3.根據權利要求1所述的合成方法，其特徵在於還可將合成步驟(3)的產物在100℃水熱處理24-48小時。
全文摘要
本發明屬無機分子篩材料領域,具體涉及一種製備納米尺寸的均勻介孔氧化鋁球分離劑的方法,即在有機溶劑和水的混合溶劑或純有機溶劑中,在鹽酸的催化作用下,以表面活性劑作為結構導向劑,與無機鋁材料共組裝成具有介觀有序結構的小球,高溫下脫去作為模板的表面活性劑,即得到一種具有均勻介孔的氧化鋁球。球的直徑為數十到數百納米,並能隨著合成條件的改變而改變。由此製得的氧化鋁球在吸附、分離、光學材料等方面具有較為廣泛的應用前景。
文檔編號C01F7/02GK1346801SQ01126878
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月26日 優先權日2001年9月26日
發明者趙東元, 羅騫, 屠波, 周亞明, 李莉, 薛志元 申請人:復旦大學