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(yīng)用在催化、吸附、功能材料等諸多領(lǐng)域中，它的性質(zhì)和應(yīng)用主要取決于其孔結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)和形貌的中孔氧化鋁材料展開(kāi)研究。關(guān)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高分子材料成為了導(dǎo)電、導(dǎo)熱領(lǐng)域新的角色。隨著導(dǎo)熱高分子材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，導(dǎo)熱高分子材料的研究逐漸引起人們的重視。目前導(dǎo)熱高分子材料基本上是通過(guò)導(dǎo)熱分子參雜有機(jī)高分子得到，而氧化鋁是性能較為優(yōu)越的導(dǎo)熱分子之一。同時(shí)，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(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用。由于氧化鋁具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、適宜的等電點(diǎn)、可調(diào)變的表面酸堿性以及多種不同的晶相結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，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?xì)浠衔锏闹卣茪?、氣相油品組分的純化、汽車尾氣的凈化等反應(yīng)過(guò)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(yīng)用最為廣泛的載體，氧化鋁不僅價(jià)格便宜，而且各種催化反應(yīng)所要求的晶相、比表面積和孔徑分布范圍等物性，都能通過(guò)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(duì)負(fù)載型催化劑，載體的孔結(jié)構(gòu)（包括比表面積、孔容和孔徑分布）不僅對(duì)所負(fù)載的活性組分的分散度有重要影響，并且直接影響到反應(yīng)過(guò)程中的擴(kuò)散和傳質(zhì)。因此，載體的孔結(jié)構(gòu)與催化劑的活性、選擇性和壽命密切相關(guān)。例如，反應(yīng)過(guò)程中可能由于積碳堵塞微孔孔道，抑制反應(yīng)物和產(chǎn)物在微孔中的傳質(zhì)，進(jìn)而抑制催化劑的活性，甚至導(dǎo)致催化劑失活。對(duì)于載體，微孔對(duì)比表面積的貢獻(xiàn)越大、孔徑分布越寬，催化劑失活的速度就越快。可見(jiàn)，催化劑載體的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)催化劑的活性有著較為重要的影響。由于氧化鋁的孔道結(jié)構(gòu)與催化劑的活性、選擇性和壽命有著密切的關(guān)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(yīng)用前景。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)，雖然中孔氧化鋁在許多領(lǐng)域都有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值，但是合成方法的不成熟性嚴(yán)重限制了它的實(shí)際應(yīng)用。本文采用一種較為簡(jiǎn)單通用的方法即水熱晶化法合成中孔氧化鋁。二．實(shí)驗(yàn)部分：（1）試驗(yàn)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(yàn)藥品：異丙醇鋁、乙二醇6000、尿素、均為分析純?nèi)ルx子水（3）實(shí)驗(yàn)原理：反應(yīng)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(yīng)圖示：VA囪少％a智e反應(yīng)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(yīng)機(jī)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(shí)AACH微粒表面吸附的PEG分子即會(huì)很規(guī)則的排列在膠束表面，重復(fù)上述的吸附過(guò)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(guò)特定程序的高溫?zé)Y(jié)即可形成具有中孔結(jié)構(gòu)的三氧化二鋁微纖維。4）試驗(yàn)步驟：稱取4.25g異丙醇鋁加入三口瓶?jī)?nèi);稱取5.05g尿素加入三口瓶?jī)?nèi)；量取60ml水加入三口瓶?jī)?nèi)，室溫?cái)嚢?4h;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(jié)果與討論：結(jié)果X射線衍射(XRD)表征可利用X射線衍射(XRD)表征，XRD技術(shù)所解決的是根據(jù)譜圖中衍射峰的寬度定性判斷所檢測(cè)物質(zhì)(粉末或薄膜)的粒徑大小,因?yàn)橥N晶體的粒徑大小與其衍射峰的寬度成反比關(guān)系?？烧f(shuō)明納米三氧化二鋁粉體經(jīng)過(guò)高溫處理所得粉體的結(jié)晶狀態(tài)。通過(guò)試驗(yàn)制備出白色三氧化二鋁粉末，對(duì)樣品進(jìn)行XRD分析，結(jié)果如下：AlO的XRD譜圖23譜圖中的各衍射峰很好的說(shuō)明了所制備三氧化二鋁的晶格結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定它在溶液中必然形成膠團(tuán)，而膠團(tuán)的大小和膠團(tuán)的數(shù)量可以通過(guò)控制表面活性劑結(jié)構(gòu)決定。常用的表面活性劑形成的膠團(tuán)直徑為10?10Onm,而膠團(tuán)本身就是一個(gè)微型反應(yīng)器，膠團(tuán)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(jié)構(gòu)和性質(zhì)的表面活性劑，控制膠團(tuán)結(jié)構(gòu)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(luò)多孔狀膠團(tuán),熱處理后得到的是嵌入式的島狀結(jié)構(gòu)表面層增加了表面的接觸面積,改善了制品的團(tuán)聚性。、晶化時(shí)間的影響晶化時(shí)間對(duì)納米顆粒的形成有一定的影響，一般晶化15—24h。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，晶化時(shí)間越長(zhǎng)，納米顆粒粒徑的均勻性越好。而當(dāng)晶化時(shí)間在24h以上時(shí)，晶化效果無(wú)明顯變化。所以初步確定晶化時(shí)間為24h.。3、晶化溫度的影響晶化溫度對(duì)納米顆粒的形成有一定的影響，晶化溫度較高時(shí)納米顆粒形成速率較快，但顆粒粒徑均勻性不理想；經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得出，晶化溫度定在200oC時(shí)晶化效果較為理想，初步定下晶化溫度為200°C。結(jié)論1、 水熱晶化法制備具有中孔結(jié)構(gòu)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?zé)Y(jié)時(shí)間的長(zhǎng)度控制對(duì)最終納米纖維的形貌有較為關(guān)鍵的影響高溫?zé)Y(jié)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，中孔納米纖維長(zhǎng)徑比較小，即無(wú)法制備出較長(zhǎng)的中空管。燒結(jié)時(shí)間較短時(shí)，管道表面不平整，形貌不規(guī)則，燒結(jié)10h時(shí)所得納米管形貌較為理想。四、總結(jié)及心得體會(huì)：經(jīng)過(guò)一周的反復(fù)試驗(yàn)，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(yù)期差了不少，我們分析了原因：1、晶化結(jié)束后固液分離時(shí)添加劑及表面活性劑未完全除去；2、在管式爐中燒結(jié)時(shí)，坩堝等容器引入雜質(zhì)。并找到了改進(jìn)的方法，而由于時(shí)間所限沒(méi)能檢驗(yàn)十分遺憾。在這次學(xué)習(xí)的過(guò)程中我們鍛煉了收集查閱資料及試驗(yàn)動(dòng)手能力，也讓我們體會(huì)到理論與實(shí)際的差距，總之，我們會(huì)更加努力學(xué)習(xí)理論結(jié)合實(shí)踐，鍛煉提高實(shí)驗(yàn)操作能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行打好基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)：【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.