[发明专利]阶层多孔γ－氧化铝及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种阶层多孔γ-氧化铝及其制备方法和用途。

背景技术

按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料可按其孔径的大小分为三类：孔径小于2nm的为微孔材料，孔径在2～50nm之间的为介孔材料(介于微孔和大孔之间称为介孔)，孔径大于50nm的为大孔材料。

小孔意味着有大的比表面积，有利于催化剂的初活性和容纳更多金属；但不利于金属和有机化合物向孔内部扩散，容易造成孔口堵塞。与此相反，具有较大孔的催化剂的初活性较低，但利于金属和有机化合物向孔内部扩散，能保持较长时间的活性(罗锡辉.关于工业加氢处理催化剂设计及制备问题的思考.石油学报，2005，21(4)：14～21)。如果使用阶层大孔-介孔材料作为催化剂的载体，其大孔就是畅通无阻的输运通道，可以很方便地把大分子输运到活性位点，其介孔既可以成为金属纳米颗粒的固定位点，又可防止金属纳米颗粒的随便迁移，保证金属纳米颗粒良好的分散性，进而使催化剂较高的活性保持较长时间(J.L.Blin，A.Léonard，Z.Y.Yuan，L.Gigot，A.Vantomme，A.K.Cheetham，B.L.Su，Angew.Chem.，Int.Ed.2003，42，2872～2875)。例如，Ternan等制备出了大孔氧化铝(0.1～100微米)含量分别为0％、15％、20％、25％、30％的渣油裂解催化剂(M.Ternan，Energy &Fuels，1998，12：239～247)。与油渣裂解的标准催化剂相比，用含大孔氧化铝含量为15％的催化剂时，525摄氏度以上的油渣的转化率较高，馏出物产率较高，总的加氢脱硫、加氢脱氮、加氢脱金属的产物较多，微碳渣油的转化率也较高。由此可见，阶层多孔材料中不同孔径分布的孔道不仅是渣油逐级裂解的场所，还是产物快速扩散的优良通道。

一般来说，多孔材料的孔径都不是单一分布的，只是其中的一个分布占有绝对优势，所以往往表现出单孔径的性能。为了获得多孔材料的多孔径性能，目前，主要是利用由不同成孔模板叠加成的混合模板作为孔结构导向剂，来制备出阶层的多孔材料。例如，Holland等先后使用双模板剂(PS球和长链季铵盐)合成了含有多种孔径分布的有序大孔材料(B.T.Holland，L.Abrams，and A.Stein，JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，121(1999)4308～4309)。Yang等使用微模具、胶态晶体和表面活性剂的三组分模板合成出了含有阶层有序的孔材料(P.D.Yang，T.Deng，D.Y.Zhao，D.Y.Feng，D.Pine，B.F.Chmelka，G.M.Whitesides and G.D.Stucky，SCIENCE，282(1998)2244～2246)。近来，Kuang等用PS球、嵌段共聚物和“离子液晶”作模板合成出了具有三阶层完全有序的多孔材料(D.Kuang，T.Brezesinski，B.Smarsly，JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY，126(2004)10534～10535)。上述方法制备阶层多孔γ-氧化铝都需要借助成本较高的人工模板，并且制得的阶层多孔γ-氧化铝纯度较低。而且，到迄今为止，尚未有人通过无机前驱体渗入植物模板的途径来合成阶层多孔γ-氧化铝。因此，本发明选用廉价易得的葛根茎为原模板，经酸浸泡后，得到了理想的无灰模板；无灰模板再经过三氯化铝溶液浸泡-氨气熏浸-高温煅烧，即生成阶层多孔γ-氧化铝，开发出一种低成本制备高纯度的阶层多孔γ-氧化铝的新工艺。而且，本发明中，将铂纳米粒子原位负载在制得的阶层多孔γ-氧化铝上，经过在不同温度下的退火处理来考察铂纳米粒子的热稳定性，进而检验氧化铝载体的热稳定性，结果表明制得的阶层多孔γ-氧化铝的孔结构具有相当高的热稳定性，经高温加热后仍保持原有结构，不易坍塌。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯度高，且在高温下具有很好热稳定性的阶层多孔γ-氧化铝。

本发明的再一目的是提供一种全新的阶层多孔γ-氧化铝的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低。

本发明的还一目的是提供阶层多孔γ-氧化铝的用途。

本发明以廉价且极易取得的天然植物葛根的茎为模板，先用硝酸进行前处理得到无灰的生物模板，再经三氯化铝溶液浸泡-氨气熏浸-高温焙烧，得到与葛根茎的孔道结构相似的阶层多孔γ-氧化铝，也就是既有介孔，又有大孔。