[发明专利]一种采用流变相反应法合成花球状介孔氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明是属于一种介孔氧化铝的制备方法，尤其涉及一种采用流变相反应法制备花球状介孔氧化铝的方法。

背景技术

介孔氧化铝具有均一的孔结构，高的比表面积，窄的孔径分布以及高的热稳定性使其呈现独特的催化、吸附、光学、和导电性能，在石油精炼，汽车尾气控制和陶瓷工艺等化学过程中具有重要的商业应用价值。氧化铝的性能不仅取决于比表面积与孔结构，还受形貌的显著影响，规整形貌的氧化铝具有很强的应用价值，因此制备具有特殊形貌的介孔氧化铝仍是氧化铝材料研究的热点。

制备介孔氧化铝的方法主要有溶胶-凝胶法，水/溶剂热法，模板法等，通过改变模板剂、添加剂、陈化及热处理方法等反应条件调控氧化铝的形貌。Wu Liang等（Microporous and Mesoporous Materials,2015,202,234）通过环氧驱动的溶胶-凝胶法制备刺球状介孔氧化铝空心微球，通过陈化时间和混合溶剂的比例调控微球的形貌。Zheng Ying等(RSC Advances,2015,5,93917)以异丙醇铝为铝源，嵌段共聚物P123为模板剂，通过溶胶-凝胶法，控制溶胶过程温度，得到规整的直径为100-300nm介孔氧化铝纳米球。Zhu zhenfeng （Chemical Engineering Journal 2009,155, 925; Microporous and Mesoporous Materials, 2009,12,39; Journal of Materials Science, 2010,45,46）等以水热法，聚乙二醇为模板剂，通过添加尿素作为沉淀剂制备出高比表面积、多层结构的微米级纤维状介孔氧化铝和纳米级的氧化铝纳米棒。然而，上述制备方法步骤繁琐，制备周期较长，需要消耗大量的溶剂，或使用价格昂贵的嵌段共聚物为模板剂（如P123、F127），使得介孔氧化铝制备制备成本高，并且使用的大分子模板剂在焙烧过程中释放大量有毒有害气体，均不利于介孔氧化铝大规模生产的实施。因此，寻找简单的制备工艺，减少溶剂与模板剂的使用对实现具有高比表面积介孔氧化铝的大规模制备具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，减少模板剂和有机溶剂的使用，提供一种工艺简单、易控制、低成本合成三维花球状介孔氧化铝的流变相制备方法。

本发明采取的技术方案是：花球状介孔氧化铝的流变相制备方法，按以下步骤进行合成：

1）先将无机铝盐或有机铝、胆酸钠、稀土镧化合物按一定比例混合，充分研磨均匀；2）加入乙醇-水的混合溶剂，充分研磨得到均匀的流变相物质；3）将步骤2)得到的流变相物质移入高压反应釜中，60-150℃恒温12-24小时，进行流变相反应，后自然冷却得到干凝胶；4）将步骤3)得到的干凝胶移至管式炉中于550-800℃焙烧2-5小时，升温速率为1-5℃/min，后自然冷却至室温得到所述花球状介孔γ-Al₂O₃纳米材料。

所述无机铝盐为硝酸铝、氯化铝，有机铝为异丙醇铝，优选异丙醇铝。

所述镧化合物为硝酸镧或氯化镧等，或以其氧化物与硝酸、盐酸等来配制溶液。

所述铝盐:胆酸钠:镧化合物的物质量的比例范围是1:（0.005-1）:（0.01-0.1），优选为1:0.05:0.03。

所述乙醇与水的混合比例为1-4:1。

所述乙醇/水质量与固体原料总质量比为0.5-2:1。

本发明在较低的温度下以少量的胆酸钠与镧盐组装成聚集体作为软模板，采用流变相反应合成技术制备三维花球状介孔氧化铝的方法。

本发明采用的模板剂--胆酸钠是胆汁的重要成分，降解安全，是一种环境友好的阴离子型生物表面活性剂，可与稀土金属快速组装形成具有独特结构的聚集体。该聚集体可作为软模板，在其生长过程中诱导通过静电或配位作用富集在软模板表面的前驱体同步生长，形成具有独特结构的无机纳米材料。

本发明采用的流变相合成法不同于传统的液相、 固相合成法，是将固体反应原料在室温下按一定比例混合，充分研磨后，加入少量的溶剂将体系混合均一，调制成固体微粒和液体物质分布均匀、不分层的糊状或黏稠状固液混合体系，即流变相体系，将体系置于适当的反应条件下进行反应。在流变相体系中，物质会表现出超浓度现象和新的反应特性，可获得具有新颖的形貌和性能的纳米材料。并且，流变相法避免了液相法大量溶剂的使用，反应温度低且容易控制，便于批量生产，是一种“节能、高效、减污的”绿色合成路线。