[发明专利]一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机多孔氧化物的制备，具体涉及一种多孔氧化铝纳米纤维及其制备方法，属于无机非金属材料技术领域。

背景技术

氧化铝(Al₂O₃)是一种用途广泛且用量很大的化学品。其中，多孔性氧化铝有很高的比表面积，其孔结构有优良的吸附性能、表面酸性与热稳定性等，在吸附剂、催化剂及催化剂载体等领域有重要应用，参见：朱洪法，催化剂载体制备及应用技术,石油工业出版社,P₂₆₅,2002。

多孔氧化铝纤维具有一维纳米结构，使用过程中容易固定且好回收，近几年来日益受到重视。目前已开发出牺牲模板法与原子层沉积法相结合的制备多孔性氧化铝纤维的方法，参见：Chem.Mater.2011,23,3476。这些多孔性氧化铝纤维直径为微米级，孔径为2～20nm。但是使用牺牲模板法制备成本较高，且难以用于规模化生产。CN102776603A公开了一种通过静电纺丝法制备多孔中空纳米氧化铝纤维的技术，将金属铝盐(如氯化铝、硫酸铝、异丙醇铝等)与聚合物(如聚丙烯腈及其衍生物、聚乙烯吡咯烷酮及其衍生物等)溶解于共溶剂(二甲基甲酰胺、乙醇、四氢呋喃、水中的一种或几种)中，制备成均匀或稳定分散的纺丝液进行静电纺丝，制得杂化纳米纤维。将杂化纳米纤维进行热处理后，得到多孔中空纳米氧化铝纤维。但该专利文件制得的多孔中空氧化铝纳米纤维中孔径较大，约300nm。

发明内容

本发明提供了一种纳米多孔氧化铝纤维及其制备方法，得到了具有多孔结构的氧化铝纳米纤维。

本发明中涉及以下术语，含义均做如下解释：

嵌段聚合物P₁₂₃：通式EO₂₀PO₇₀EO₂₀,重均分子量M_W=5800；

嵌段聚合物F₁₂₇：通式EO₁₀₀PO₆₅EO₁₀₀,重均分子量M_W=12600；

聚氧化乙烯：简称PEO,重均分子量M_W=500000；

聚乙烯吡咯烷酮：简称PVP，重均分子量M_W=1300000；

浓硝酸：质量浓度为68wt%。

纺丝接收距离：纺丝针头到接收装置的距离。

本发明的技术方案如下：

一种多孔氧化铝纳米纤维，采用静电纺丝结合溶胶-凝胶法经煅烧制得，其特征在于，该多孔氧化铝纳米纤维的比表面积为20～280m²/g，孔体积为0.05～0.8cm³/g，孔径为3～15nm，纤维直径为100～1000nm。

根据本发明，所述氧化铝纳米纤维的物相结构是非晶态氧化铝或γ-Al₂O₃。

本发明利用异丙醇铝(Al(OC₃H₇ⁱ)₃,AIP)、硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)、氯化铝(AlCl₃·6H₂O)、铝粉为铝源，聚乙二醇(PEG，M_W=10000)、嵌段聚合物P₁₂₃,或嵌段聚合物F₁₂₇为造孔剂，水为溶剂，聚氧化乙烯(PEO)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为纺丝助剂，通过静电纺丝结合溶胶-凝胶法制备出凝胶纤维，经煅烧后形成多孔氧化铝纳米纤维。

一种多孔氧化铝纤维的制备方法，包括步骤如下：

(1)配制溶胶纺丝液

将氯化铝(AlCl₃·6H₂O)与硝酸铝(Al(NO₃)₃·9H₂O)溶解到68wt%的浓硝酸与去离子水的混合溶液I中，在不断搅拌下，加入异丙醇铝Al(OC₃H₇ⁱ)₃，待异丙醇铝完全溶解后，再加入铝粉，加热回流4～12h，加入适量去离子水，过滤除去沉淀，得到无色透明的液体；加入造孔剂与助纺剂，搅拌至完全溶解，得到溶胶纺丝液。