特殊形貌三氧化二鋁的制備

特殊形貌三氧化二鋁的制備摘要：氧化鋁被廣泛地應用在催化、吸附、功能材料等諸多領域中，它的性質(zhì)和應用主要取決于其孔結構、形貌、晶相等。因此，本論文主要圍繞利用水熱晶化法合成具有可控孔道結構和形貌的中孔氧化鋁材料展開研究。關鍵詞：氧化鋁水熱晶化法中孔材料PEG-directedhydrothermalsynthesisofmultilayeredalumina

MicrofiberswithmesoporousstructuresXuMingzhenWangRuiqiAbstract:Aluminaiswidelyusedinchemicalindustryascatalysts，catalystsupports，adsorbentsandsoon．Itsperformancesinapplicationlargelydependontheporestructures,morphologiesandcrystallinephases．Consequently,weputemphasisonthesynthesisofmesoporousaluminamaterialswithcontrolledtexturalpropertiesandmorphologiesinthisdissertation．Keyword:AluminaPEG-directedhydrothermalmesoporousstructures一．前言：隨著高分子科學技術的進步，高分子材料成為了導電、導熱領域新的角色。隨著導熱高分子材料應用領域的不斷擴大，導熱高分子材料的研究逐漸引起人們的重視。目前導熱高分子材料基本上是通過導熱分子參雜有機高分子得到，而氧化鋁是性能較為優(yōu)越的導熱分子之一。同時，氧化鋁也是常用的工業(yè)原料之一，在陶瓷、耐火材料、醫(yī)藥、吸附、催化劑等領域有著較為廣泛的應用。由于氧化鋁具有良好的機械強度、較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性、適宜的等電點、可調(diào)變的表面酸堿性以及多種不同的晶相結構等優(yōu)點，成為化工和石油工業(yè)中最廣泛使用的催化劑或催化劑載體，在石油組分的裂解、加氫精制、加氫脫硫、碳氫化合物的重整制氫、氣相油品組分的純化、汽車尾氣的凈化等反應過程中發(fā)揮著重要的作用。工業(yè)催化劑載體中氧化鋁是應用最為廣泛的載體，氧化鋁不僅價格便宜，而且各種催化反應所要求的晶相、比表面積和孔徑分布范圍等物性，都能通過制備條件的改變而得到。隨著研究工作的深入，人們發(fā)現(xiàn)對負載型催化劑，載體的孔結構（包括比表面積、孔容和孔徑分布）不僅對所負載的活性組分的分散度有重要影響，并且直接影響到反應過程中的擴散和傳質(zhì)。因此，載體的孔結構與催化劑的活性、選擇性和壽命密切相關。例如，反應過程中可能由于積碳堵塞微孔孔道，抑制反應物和產(chǎn)物在微孔中的傳質(zhì)，進而抑制催化劑的活性，甚至導致催化劑失活。對于載體，微孔對比表面積的貢獻越大、孔徑分布越寬，催化劑失活的速度就越快?？梢?，催化劑載體的微孔結構對催化劑的活性有著較為重要的影響。由于氧化鋁的孔道結構與催化劑的活性、選擇性和壽命有著密切的關系，因此制備具有高比表面積、孔徑在中孔范圍內(nèi)（2-50rim）集中分布且連續(xù)可調(diào)的中孔氧化鋁，具有重要的理論意義和應用前景。通過文獻調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，雖然中孔氧化鋁在許多領域都有重要的潛在應用價值，但是合成方法的不成熟性嚴重限制了它的實際應用。本文采用一種較為簡單通用的方法即水熱晶化法合成中孔氧化鋁。二．實驗部分：（1）試驗儀器：三口瓶（全套攪拌裝置）高壓釜燒杯若干量筒高溫管式爐分析天平玻璃棒研缽高溫干燥箱（2）試驗藥品：異丙醇鋁、乙二醇6000、尿素、均為分析純?nèi)ルx子水（3）實驗原理：反應方程式: Al（NO3）3+3CO（NH2）2+8H2O^NH4[Al（OOH）HCO3]+3NH4NO3+2NH4HCO32NH4[AI(OOH)HCO3]^Al2O3+2CO2+2NH3+3H2O

反應圖示：VA囪少％a智e反應圖示：VA囪少％a智e砂\PEGmonomerDPEGmicelleW\AACHnanociystalAACaPEGnanofiberAACH為堿式碳酸鋁銨鹽前驅(qū)物，異丙醇鋁和尿素作用形成。由PEG6000為表面活性劑。上圖即為反應機理。PEG6000溶于水中形成微膠束，AACH在PEG分子的吸附作用下逐漸靠近膠束，最終填入膠束棒內(nèi)，此時AACH微粒表面吸附的PEG分子即會很規(guī)則的排列在膠束表面，重復上述的吸附過程，在膠束內(nèi)外表面分別吸附上一層AACH納米微粒，最終通過特定程序的高溫燒結即可形成具有中孔結構的三氧化二鋁微纖維。4）試驗步驟：稱取4.25g異丙醇鋁加入三口瓶內(nèi);稱取5.05g尿素加入三口瓶內(nèi)；量取60ml水加入三口瓶內(nèi)，室溫攪拌24h;將凝膠狀液體轉(zhuǎn)移至高壓釜中，200oC晶化24h;分離出固體顆粒，干燥，研磨，700oC下高溫處理10h。三．結果與討論：結果X射線衍射(XRD)表征可利用X射線衍射(XRD)表征，XRD技術所解決的是根據(jù)譜圖中衍射峰的寬度定性判斷所檢測物質(zhì)(粉末或薄膜)的粒徑大小,因為同種晶體的粒徑大小與其衍射峰的寬度成反比關系?？烧f明納米三氧化二鋁粉體經(jīng)過高溫處理所得粉體的結晶狀態(tài)。通過試驗制備出白色三氧化二鋁粉末，對樣品進行XRD分析，結果如下：AlO的XRD譜圖23譜圖中的各衍射峰很好的說明了所制備三氧化二鋁的晶格結構。實驗條件討論1、聚乙二醇(peg6000)作為分散劑的影響表面活性劑分子結構特點決定它在溶液中必然形成膠團，而膠團的大小和膠團的數(shù)量可以通過控制表面活性劑結構決定。常用的表面活性劑形成的膠團直徑為10?10Onm,而膠團本身就是一個微型反應器，膠團尺寸大小限定了所生成產(chǎn)物的大小和形狀，所以，選擇不同結構和性質(zhì)的表面活性劑，控制膠團結構和大小,可以得到尺寸大小、粒子形態(tài)可控的納米微粒。聚乙二醇形成網(wǎng)絡多孔狀膠團,熱處理后得到的是嵌入式的島狀結構表面層增加了表面的接觸面積,改善了制品的團聚性。、晶化時間的影響晶化時間對納米顆粒的形成有一定的影響，一般晶化15—24h。通過實驗可知，晶化時間越長，納米顆粒粒徑的均勻性越好。而當晶化時間在24h以上時，晶化效果無明顯變化。所以初步確定晶化時間為24h.。3、晶化溫度的影響晶化溫度對納米顆粒的形成有一定的影響，晶化溫度較高時納米顆粒形成速率較快，但顆粒粒徑均勻性不理想；經(jīng)過反復試驗得出，晶化溫度定在200oC時晶化效果較為理想，初步定下晶化溫度為200°C。結論1、 水熱晶化法制備具有中孔結構的三氧化二鋁50oC溫度下快速攪拌異丙醇鋁的水溶液24h,200oC下晶化24h最終得到納米顆粒的粒徑較小。2、 高溫燒結時間的長度控制對最終納米纖維的形貌有較為關鍵的影響高溫燒結時間較長時，中孔納米纖維長徑比較小，即無法制備出較長的中空管。燒結時間較短時，管道表面不平整，形貌不規(guī)則，燒結10h時所得納米管形貌較為理想。四、總結及心得體會：經(jīng)過一周的反復試驗，我們終于做出了自己的產(chǎn)品,但產(chǎn)品的色澤不是很令人滿意，顏色不是正宗的純白，有些發(fā)灰，比我們的預期差了不少，我們分析了原因：1、晶化結束后固液分離時添加劑及表面活性劑未完全除去；2、在管式爐中燒結時，坩堝等容器引入雜質(zhì)。并找到了改進的方法，而由于時間所限沒能檢驗十分遺憾。在這次學習的過程中我們鍛煉了收集查閱資料及試驗動手能力，也讓我們體會到理論與實際的差距，總之，我們會更加努力學習理論結合實踐，鍛煉提高實驗操作能力，為畢業(yè)設計的順利進行打好基礎。參考文獻：【1】CormaA．Frommicroporoustomesoporousmolecularsievematerialsandtheiruseincatalysis．Chem．Rev．1997，97(6)：2373—2419【2】YingJYMehnertCP，WongMS．Synthesisandapplicationsofsupramolecular-templatedmesoporousmaterials．Angew．Chem．Int．Ed．1999，38(1—21：56—77【3】TaguchiA，SchfithF．Orderedmesoporousmaterialsincatalysis．Micropor．Mesopor．Mater．2005，77(1)：1-45【4】SchieperW，VinekH，JentysA．SurfacespeciesduringcatalyticreductionofNObypropenestudiedbymsituIR-speetroscopyoverPtsupposedonmesoporousA1203withMCM—41typestrueture.Appl.Catal.B2001，33(3)：263．274【5】ValangeS，BarraultJ，DerouaultA，GabelieaZ.BinaryCu—A1mesophasepreeursorstouniformlysizedeopperpartieleshighlydispersedOnmesoporousalumina.Mieropor.MesoponMater.2001，44—45，211-220[6】HieksRW：CastagnolaNB，ZhangZR，PinnavaiaTJ，MarshallCL.