专利名称：一种氧化铝纳米管及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型氧化铝纳米管。
本发明还涉及上述纳米管的制备方法。
本发明还涉及上述纳米管的应用。
背景技术：
纳米管是一种一维的纳米材料，在介观领域和纳米器件研制方面有着重要的应用前景，它可用作扫描隧道显微镜的针尖、纳米器件和超大集成电路中的连线、光导纤维、微电子学方面的微型钻头以及复合材料的增强剂等。其主要的制备方法主要有化学气相沉积法、热解法、激光烧蚀法、电弧法、电化学法、自组装、溅射法及碳纳米管模板法等。氧化铝具有密度低、强度高、韧性大的特点，是一种重要的功能陶瓷及催化剂材料。目前氧化铝纳米管的制备主要采用以下几种方法碳纳米管模板法、Al或Si/Al膜的电化学阳极氧化法、高温热解法以及自组装法。
1997年，B.C.Satishkumar等将异丙醇铝的凝胶覆盖在碳纳米管上，再经过高温处理除去碳模板而首次得到了氧化铝的纳米管。2001年，南京大学的濮林等采用电化学阳极氧化的方法得到了氧化铝纳米管。2003年，韩国的H.J.Kim等则使用不同的表面活性剂(包括十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基胺、棕榈酸及棕榈醇聚氧乙烯醚)为模板剂，仲丁氧基铝为铝源在水热条件下得到了氧化铝纳米管。同年，中山大学的匡代彬等则是采用十六烷基三甲基溴化铵和结晶三氯化铝为原料得到了氧化铝的纳米管。但是到目前为止，采用磺酸盐阴离子表面活性剂为模板制备氧化铝纳米管的方法还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氧化铝纳米管。
本发明的又一目的在于提供上述氧化铝纳米管的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供的氧化铝纳米管，其管壁由氧化铝构成，管内为磺酸盐型阴离子表面活性剂。该复合氧化铝纳米管中，氧化铝以无定形晶态存在，管为开口管，单独或成簇存在，直径在6-8nm，长度从10nm到200nm不等。其X射线衍射的主要特征峰如表1所示表1
本发明制备复合氧化铝纳米管的过程如下(A)按比例将铝源物质、表面活性剂和水在20-70℃条件下搅拌混合均匀，得到初始凝胶混合物；(B)将pH值调节剂加入到步骤A得到的初始凝胶混合物中，在持续搅拌的条件下调节至pH值4.5-6.5范围内，得到含有沉淀的混合物；(C)将步骤B得到的混合物料移入到合成釜中密封，在50-160℃晶化，晶化时间没有严格限定，一般在2-120小时即可；(D)将步骤C晶化后得到的固体产物与母液分离，用去离子水洗涤至中性，再以95％的乙醇洗涤3-4次，在40-70℃烘箱中干燥后得到表面活性剂复合的氧化铝纳米管。
在上述本发明复合氧化铝纳米管的制备过程中，所用的铝源为六水合三氯化铝或九水合硝酸铝中的一种或两种的混合物；表面活性剂为十二烷基磺酸钠；pH值调节剂为25％的氨水、65-70％的乙胺水溶液、二乙胺或三乙胺中的一种或几种的混合物。
各原料之间的配比(按氧化物的摩尔比)为
H2O/Al2O3＝200-1000；R/Al2O3＝0.05-0.50；R为表面活性剂。
另外，将上述制备的复合的氧化铝纳米管在含有0.1-0.5mol/l乙酸铵的有机溶液中进行离子交换12-120小时，再在40-70℃烘箱中干燥后得到脱除表面活性剂的氧化铝纳米管。在进行离子交换时，使用的有机溶剂是甲醇、乙醇或丙醇中的一种或几种的混合物。
图1为本发明实施例1的透射电镜图片。
图2为本发明实施例4的透射电镜图片。
图3为本发明实施例5的N2吸附-脱附等温线。
具体实施例方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
实施例1将2.8g十二烷基磺酸钠溶解在70ml 50℃的去离子水中得到溶液A，将22.9g九水合硝酸铝溶解在40ml的去离子水中得到溶液B。将溶液B在搅拌的条件下缓慢的加入到溶液A中，而后再在50℃条件下继续搅拌至得到均匀的凝胶状产物。最后将12.0g氨水(含NH3·H2O 25％)滴加到上述的凝胶状产物中，得到有白色沉淀的混合物。将此混合物料移入到不锈钢合成釜中密封。在120℃及自生压力下晶化90小时，固体产物用去离子水洗涤至中性，再以95％的乙醇洗涤4次，在50℃空气中烘干，得到表面活性剂复合的氧化铝纳米管，其XRD分析结果如表2所示。图1给出的是TEM结果。
实施例2将2.8g十二烷基磺酸钠溶解在70ml 50℃的去离子水中得到溶液A，将14.8g六水合氯化铝溶解在44ml的去离子水中得到溶液B。将溶液B在搅拌的条件下缓慢的加入到溶液A中，而后再在50℃条件下继续搅拌至得到均匀的凝胶状产物。最后将12.0g氨水(含NH3·H2O 25％)滴加到上述的凝胶状产物中，得到有白色沉淀的混合物。将此混合物料移入到不锈钢合成釜中密封。在120℃及自生压力下晶化90小时，固体产物用去离子水洗涤至中性，再以95％的乙醇洗涤4次，在50℃空气中烘干，得到表面活性剂复合的氧化铝纳米管。其XRD分析结果列于表3中。
实施例3将2.8g十二烷基磺酸钠溶解在70ml 50℃的去离子水中得到溶液A，将22.9g九水合硝酸铝溶解在40ml的去离子水中得到溶液B。将溶液B在搅拌的条件下缓慢的加入到溶液A中，而后再在50℃条件下继续搅拌至得到均匀的凝胶状产物。最后将10.2g乙胺水溶液(含乙胺65～70％)滴加到上述的凝胶状产物中，得到有白色沉淀的混合物。将此混合物料移入到不锈钢合成釜中密封。在120℃及自生压力下晶化90小时，固体产物用去离子水洗涤至中性，再以95％的乙醇洗涤4次，在50℃空气中烘干，得到表面活性剂复合的氧化铝纳米管。其XRD分析结果如表4所示。
实施例4将实施例1中得到的复合氧化铝纳米管2.0g放在500ml的烧杯中，加入300ml 0.2M的乙酸铵的乙醇溶液，搅拌4天，得到氧化铝纳米管。XRD及透射电镜分析结果分别示于表5及图2中。
实施例5将实施例4中得到的氧化铝纳米管进行N2吸附分析如图3所示，其比表面积为225.4m2·g-1，孔容为0.44cm3·g-1，平均孔径为7.79nm。
由上述实施例的结果可以看到，本发明采用烷基磺酸钠阴离子表面活性剂为模板剂并控制模板剂的用量和合成条件，可以合成出表面活性剂复合的氧化铝纳米管。该过程简便，反应条件易于控制。另外，本发明所合成的磺酸盐型阴离子表面活性剂复合的氧化铝纳米管可以经过离子交换过程除去模板剂，得到氧化铝纳米管，可以用于应用于催化、吸附分离等领域。
表2-5分别为本发明实施例1-4的XRD分析结果。
表2
表3
表4
表5
权利要求
1.一种表面活性剂复合的氧化铝纳米管，管壁由氧化铝构成，管内为磺酸盐型阴离子表面活性剂，纳米管为开口管，单独或成簇存在，直径为6-8nm，长度为10-200nm，且具有如下XRD分析特征结构No. 2θd()1 2.597～3.157 33.99158～27.965042 5.176～6.529 17.05983～13.527433 18.250～22.482 4.85726～3.95159。
2.制备权利要求1所述氧化铝纳米管的方法，以磺酸盐型阴离子表面活性剂作为模板剂，采用水热合成技术直接进行合成，步骤为A)按后述摩尔比将铝源物质、表面活性剂和水在20-70℃条件下搅拌混合均匀，得到初始凝胶混合物，H2O/Al2O3＝200-1000，R/Al2O3＝0.05-0.50，其中R为表面活性剂；B)将pH值调节剂加入到步骤A得到的初始凝胶混合物中，调节至pH值4.5-6.5范围内，得到含有沉淀的混合物；C)将步骤B得到的混合物料移入到合成釜中密封，在50-160℃晶化2-120小时；D)将步骤C晶化后得到的固体产物与母液分离，用去离子水洗涤至中性，再以95％的乙醇洗涤3-4次，在40-70℃烘箱中干燥后得到表面活性剂复合的氧化铝纳米管。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述磺酸盐型阴离子表面活性剂为十烷基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十四烷基磺酸钠或/和十六烷基磺酸钠。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铝源为三氯化铝或/和硝酸铝。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述pH值调节剂为25％的氨水、65-70％的乙胺水溶液、二乙胺或/和三乙胺。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤D的复合氧化铝纳米管在含有0.1-0.5mol/l乙酸铵的有机溶液中进行离子交换12-120小时，再在40-70℃烘箱中干燥后得到氧化铝纳米管。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇或/和丙醇。
8.权利要求1所述的复合氧化铝纳米管在催化、吸附分离以及纳米元器件领域中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种表面活性剂复合的氧化铝纳米管，其管壁由氧化铝构成，管内为磺酸盐型阴离子表面活性剂。该复合氧化铝纳米管为开口管，单独或成簇存在，直径在6－8nm，长度从10nm到200nm不等。其制备方法是以磺酸盐型阴离子表面活性剂作为模板剂，通过水热合成得到。该纳米管通过离子交换可以将表面活性剂脱除，得到氧化铝纳米管。交换后的纳米管的直径范围在3－10nm。该种氧化铝纳米管可应用于催化、吸附分离以及纳米元器件等领域。
文档编号C01F7/00GK1927696SQ20051008637
公开日2007年3月14日 申请日期2005年9月8日 优先权日2005年9月8日
发明者曲丽红, 刘中民, 许磊, 杨越 申请人:中国科学院大连化学物理研究所