[发明专利]一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，属于多孔材料的制备技术领域。

背景技术

生物体经过长期的自然选择和进化，大都具有精细分级结构和特殊的功能，利用仿生技术制备具有精细结构的生物形态材料是功能材料领域中研究的热点和难点。仿生合成主要是利用生物材料诱导无机材料的生成，通过复制生物材料的结构来控制无机材料的形貌。目前，许多生物材料已经被用作模板来合成无机结构的多孔材料，这些生物模板包括骨骼、鹿茸、犄角、羽毛、毛发、昆虫翅膀、细菌、真菌、病毒、植物纤维、植物的叶片、花粉粒、壳膜、蛛丝纤维和蚕丝等，但这些仿生材料主要是对生物结构的精确复制，而以复制后的生物形态材料为基础，制备新的结构的材料尚处于初始研究阶段。

植物叶片由于具有独特微-纳米结构近年来受到广泛关注，植物叶片上存在大量的纤维态结构，这种结构源自于植物生长的需要，通过长期的进化和演变，形成了多层次、多尺度的独特纤维管状结构，通常这种结构难以通过人工手段获得。植物叶片由于来源广泛且具有再生性，因此采用植物叶片为生物模板制备生物形态材料具有很好的发展前景。但是，叶片结构复制后，材料的比表面积主要集中在材料的管壁上，而微米尺寸的纤维管状结构（大孔结构）很难提供较高的比表面积，若能把一些功能纳米尺寸的材料“填充”无机纤维管中，或者“生长”在纤维管内表面，构建高比表面积多孔材料具有较大的应用价值，一方面功能纳米材料能有效增加或者改善生物形态材料的功能，另一方面，纳米材料“填充”或者“生长”在纤维管内，增加了材料的比表面积和丰富了材料的孔结构，构建后的材料可以是微孔-介孔材料、微孔-大孔材料和介孔-大孔材料，这种多级结构的孔道有利于吸附质分子的扩散、吸附和传输，材料中的介孔和大孔能够更好地允许体积较大的吸附质通过，而微孔和介孔材可以提供高比表面积和大的孔体积，对应体积较小的分子的吸附比较有利。

因此，本发明针对植物叶片特有的结构形态，将植物叶片作为一种生物模板，利用氧化铝精确复制植物叶片结构，利用复制后的形态氧化铝存在的中空纤维结构，将层状双氢氧化物（LDHs）纳米片生长在大孔纤维管道内，以增加氧化铝复合材料比表面积和丰富材料孔结构，发明了一种利用生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的制备方法。

发明内容

技术问题：本发明目的是提供一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，该方法利用生物形态材料存在的独特的大孔结构，在材料孔道原位生长LDHs纳米片，能够有效的增加氧化铝复合材料的比表面积和丰富氧化铝的孔结构，扩展仿生材料在吸附和催化领域的应用。

技术方案：本发明利用植物叶片特殊的结构，将植物叶片作为一种生物模板，利用氧化铝复制植物叶片以获得形态氧化铝，利用形态氧化铝中存在中空的大孔结构，在其内表面原位生长LDHs纳米片，通过控制LDHs生长过程，来控制材料的孔结构，利用生物模板法制备多孔氧化铝复合材料。

一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，该制备方法为：

a）按每100mL无水乙醇中加入2～5g生物模板计，将生物模板在无水乙醇中洗涤3～5次，再按每100mL盐酸溶液加2～5g生物模板计，将乙醇洗涤后的生物模板浸渍在3wt%～6wt%的盐酸水溶液中，浸渍4～6h，过滤，用蒸馏水洗涤2～4次后，生物模板再次浸渍在同体积3wt%～6wt%的新鲜盐酸水溶液中6～12h，过滤，用蒸馏水洗至滤液的pH为中性，50～80℃下干燥6～12h，得预处理生物模板。

b）按每100mL铝盐水溶液加入0.2～2g预处理生物模板计，将步骤a）得到的预处理生物模板浸渍在0.1～0.5mol/L的铝盐水溶液中，浸渍2～6h后取出，蒸馏水洗涤1～3次，50～80℃下干燥6～12h，500～800℃焙烧2～6h，得生物形态氧化铝。

c）按二价金属M盐与步骤b)中制备的生物形态氧化铝的摩尔比为1：6～1：1，有机胺与生物形态氧化铝的摩尔比为6：1～1：1计，将0.005～0.05mol/L的二价金属M盐水溶液、有机胺和生物形态氧化铝加入到内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，混合均匀，80～160℃水热反应5～15h，冷却、过滤，蒸馏水洗涤3～6次，50～80℃下干燥12～24h，得多孔LDHs/氧化铝复合材料，500～800℃焙烧2～6h，得多孔氧化铝复合材料。