介孔氧化鋁的溶膠-凝膠法制備

張旭光, 馬云飛

(1. 吉林出入境檢驗檢疫技術中心，吉林 長春 130000; 2. 吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130000)

·研究簡報·

介孔氧化鋁的溶膠-凝膠法制備

張旭光1*, 馬云飛2

(1. 吉林出入境檢驗檢疫技術中心，吉林 長春 130000; 2. 吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130000)

以硝酸鋁為鋁源，十六烷基三甲基溴化銨和尿素為復合模板劑，采用溶膠-凝膠法制備了介孔氧化鋁(1)，其結構經TEM, XRD, TG-DTA和N2-BET表征。結果表明：1比表面積較大(>400 m2·g-1)，孔徑分布窄(3～5 nm)，形成的蠕蟲狀孔道具有短程有序性。

介孔氧化鋁; 復合模板劑; 溶膠-凝膠法; 制備

Abstract： Mesoporous alumina(1) was prepared by the sol-gel method, using nitratealumina as source of alumina, cetyltrimethy lammonium bromide and urea as mulriple template. The structure was characterized by TEM, XRD, TG-DTA and N2-BET. The results showed that1has high surface area(>400 m2·g-1) and narrow pore size distribution(3～5 nm). The worm-like pores of1exhibited short range ordering.

Keywords： mesoporous alumina; mulriple template; sol-gel method; preparation

介孔材料[1-5]由于具有較高的比表面積[6]和規則的孔道結構而在催化劑、催化劑載體和吸收劑[7-8]等領域備受關注。介孔材料的制備方法主要有：溶膠-凝膠法、水熱反應法、沉淀法、乳化及微乳化法等[9-10]。

介孔氧化鋁(1)是一類重要的介孔材料，其制備方法主要有3種：中性合成法、陰離子合成法和陽離子合成法[11-13]。目前，合成比表面積較大的1多采用醇鹽為原料,高碳有機酸為模板劑，制備成本較高，難以工業化生產。

本文以硝酸鋁為鋁源，十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和尿素為復合模板劑，采用溶膠-凝膠法制備了介孔氧化鋁(1)，其結構經TEM, XRD, TG-DTA和N2-BET表征。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

JSM-3010型高分辨透射電鏡(加速電壓300 kV); Rigaku D-Max 2500 PC型X-射線衍射儀(CuKα輻射,石墨單色器,掃描范圍0.5～5°,測試溫度22 ℃,相對濕度≈70%); WCT-2C型微量差熱天平(進樣量為10.0 mg,升溫速率10 ℃·min-1，空氣氛圍)；Micromeritics TriStar 3000型氮氣吸附-脫附儀。

所用試劑均為分析純。

1.2 制備

在燒杯中加入15 mol·L-1氨水溶液0.009 mol, CTAB 0.468 3 g和尿素0.468 3 g，攪拌下于85 ℃加入0.02 mol·L-1硝酸鋁溶液0.009 mol，反應2 h。調至pH 8.0，攪拌0.5 h；真空干燥，于500 ℃焙燒2 h得白色固體1。

2.1 表征

(1) TEM

圖1為1的TEM照片。由圖1可見，由于模板劑和結晶水在煅燒后消失,1中形成了大量短程有序的蠕蟲狀孔道,孔徑分布較寬。

圖1 1的TEM照片

2θ/(°)

(2) XRD

圖2為1的XRD譜圖。由圖2可見，譜圖中僅有一個寬衍射峰，對應于(100)晶面，說明1屬于短程有序的介孔材料，這與其他很多介孔材料有所不同，這類材料衍射峰較多，一般為六方排列或者立方排列結構。

Temperature/℃

相對壓力

孔徑/nm

(3) TG-DTG

圖3為1的TG-DTG曲線。由圖3可見，1的質量損失主要在100～500 ℃,超過500 ℃,質量比較穩定,說明模板劑已全部消失,產物也全部轉變為氧化物。

(4) N2-BET

圖4為1的N2吸附-脫附等溫線和孔徑分布曲線。由圖4可見，1僅有一個明顯的特征峰，孔徑分布在2～10 nm，集中分布在3～5 nm。說明1的孔徑基本在介孔范圍之內,孔徑分布較窄。

以硝酸鋁為鋁源，十六烷基三甲基溴化銨和尿素為復合模板劑，采用溶膠-凝膠法制備了介孔氧化鋁(1)。1比表面積較大(>400 m2·g-1)，孔徑分布窄(3～5 nm)，形成的蠕蟲狀孔道具有短程有序性。

[1] 朱振峰,孫洪軍,劉輝,等. 表面活性劑輔助水熱-熱分解法制備介孔氧化鋁纖維[J].無機材料學報,2009,24(5):1003-1007.

[2] 萬紅日,胡玉才,殷平,等. 介孔氧化鋁的合成生長機理及應用[J].魯東大學學報,2012,28(2):139-145.

[3] 張波,張豪杰,王晶,等. P123模板氧化鋁介孔材料制備及性能[J].大連鐵道學院學報,2006,27(1):71-75.

[4] 郭建維,李龍煥,黃陽海,等. 新型催化材料-介孔氧化鋁分子篩的合成、表征及應用前景[J].功能材料,2006,10(37):1527-1530.

[5] 李東紅,沈湘黔,王舟,等. 球形高純氧化鋁粉體的制備[J].稀有金屬材料與工程,2008,27:252-255.

[6] 張倩影,朱麗慧,劉偉,等. 片狀氧化鋁粉體的制備及應用[J].材料導報,2007,21:384-387.

[7] 陳國亮,李劍,楊麗娜,等. 介孔氧化鋁改性進展與研究[J].天然氣化工,2016,41:68-72.

[8] 馮守愛,黃泰松,鄒克興,等. 介孔氧化鋁選擇性吸附煙氣中低分子醛酮化合物的研究[J].功能材料,2013,44:63-66.

[9] 關麗麗,柳云騏,李廣慈,等. 介孔氧化鋁及其前體的晶體結構與表面化學的研究進展[J].石化技術,2010,39(7):809-817.

[10] 楊冷,馮炫,劉應亮,等. 介孔氧化鋁的制備及應用[J].化學進展,2010,22(1):32-43.

[11] 徐如人,龐文琴,霍啟升,等. 分子篩與多孔材料化學[M].北京:科學出版社,2004.

[12] 李傳潤,馮已巳,楊慶華,等. 介孔氧化鋁的研究進展[J].化學進展,2006,18(11):1482-1483.

[13] 李志平,趙瑞紅,郭奮,等. 復合模板劑制備有序介孔氧化鋁[J].北京化工大學學報,2008,35(3):23-26.

[14] 沈鐘,趙振國,康萬利,等. 膠體與表面化學[M].北京:化學工業出版社,1999.

PreparationofMesoporousAluminabySol-gelMethods

ZHANG Xu-guang1*, MA Yun-fei2

(1. Jilin Entry-exit Inspection and Quarantine Technology Center, Changchun 130062, China; 2. Jilin Institute of Water Resources and Hydropower Survey and Design, Changchun 130012, China)

O623.731; TQ13

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.10.17055

2017-03-12;

2017-08-10

中國大洋協會基金資助項目(DY105-01-03)

張旭光(1985-)，男，漢族，黑龍江哈爾濱人，碩士，工程師，主要從事功能材料的研究。 E-mail: xueshan68534706@sohu.com