一种氧化铝/碳气凝胶复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氧化铝/碳气凝胶复合材料的制备方法，属于碳复合材料制备技术领域。
【背景技术】
[0002]氧化铝(Al2O3)是一种重要的陶瓷材料，具有高强度、耐腐蚀、抗氧化、表面积大等优点，可应用于吸收剂、催化剂载体和复合材料增强物。纳米氧化铝的制备方法主要有:化学沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法等，可制备出粒径小、比表面积大的氧化铝纳米粒子，但由于氧化铝极性强，团聚较严重，影响其催化性能。利用碳材料承载纳米氧化铝，能提高其分散性和比表面积,从而提高其催化效率。
[0003]目前，有关制备氧化铝/碳复合材料的报道不多。Li等将碳纳米管加入到硝酸铝(Al(NO3)3)水溶液中浸泡，然后在氮气气氛下于500°C煅烧2小时，制备出海绵状氧化铝/碳纳米管的复合材料，并研究其对水中氟离子的吸附性能。Lee等采用气相沉积法，通过碳纳米管内部填充和表面覆盖氧化铝，制备氧化铝纳米线和纳米管。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种原料易得、成本低、制备过程简易的氧化铝/碳气凝胶复合材料的制备方法。
[0005]本发明实现过程如下:
一种氧化铝/碳气凝胶复合材料的制备方法:在密闭容器中，将水溶性糖类化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性铝盐或氢氧化铝，在140?30(TC反应，经干燥后在300?1500°C惰性气氛下煅烧得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0006]上述反应优选的反应温度为160?230°C ;干燥过程采用烘干、冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥，优选为冷冻干燥或二氧化碳超临界干燥，干燥后的碳气凝胶进一步在惰性气氛下经过500?1200°C煅烧处理可提高其含碳量，并有利于打开闭塞的孔道，比表面积得到增加；向反应体系中加入有机酸或碱后制备的碳气凝胶弹性较好且紧致。
[0007]所述的糖类化合物选自单糖、二糖、低聚糖、多糖，所述的糖类化合物选自葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖、水苏糖、棉籽糖、异麦芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚异麦芽糖、低聚异麦芽酮糖、低聚龙胆糖、大豆低聚糖、低聚壳聚糖、环糊精、淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、白糊精、黄色糊精、淡黄色糊精、乙酸化淀粉、辛基琥珀酸钠盐淀粉、羟丙基化淀粉醚、环氧乙烷交联淀粉、淀粉胶、淀粉乙酸胶、羧基淀粉胶、耐水淀粉胶、纤维素、半纤维素、糖元、木糖、阿拉伯胶、粘多糖。
[0008]所述的水溶性高分子为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚乳酸、聚马来酸、聚天冬氨酸、聚环氧琥珀酸、甲壳质、聚乙烯醇。
[0009]所述的可溶性铝盐选自硫酸铝、氯化铝、醋酸铝、硝酸铝、明矾、偏铝酸钠、异丙醇招。
[0010]上述糖类化合物和水溶性高分子的质量比为1:6?1:0.005，优选为1:1?1:0.05 ;糖类化合物与水的质量比为1:60?1:0.5，优选为1:30?1:1，糖类化合物和可溶性铝盐的质量比为1:2?1:0.05。
[0011]反应体系中加入有机酸或碱，所述的有机酸或碱选自乙酸、甲酸、乙二酸、丙烯酸、
苯甲酸、氨水、吡唆、三乙胺、三乙醇胺、单乙醇胺、四甲基氢氧化铵、二异丙基乙基氨、二乙烯三胺、奎宁。
[0012]本发明碳凝胶的形成机理如下:糖类化合物是含有多羟基醛、多羟基酮以及能水解而生成多羟基醛或多羟基酮的有机化合物，水溶性高分子含有丰富的羧基、羟基或氨基的高聚物，在酸或碱的催化下，经过高温水热反应可形成交联的网状结构，最终水热炭化得到多孔的碳凝胶材料。
[0013]本发明原料易得，制备过程简单，成本低，绿色无毒，所得的氧化铝/碳气凝胶复合材料质轻、孔隙率高，可用于催化剂、气敏元件、电池固体电解隔膜、钢液测氧探头等材料。
【附图说明】
[0014]图1为实施例1、2、9、12、20、27、29、30制备的氧化铝-碳凝胶的图片；
图2为实施例1煅烧得到的氧化铝/碳气凝胶复合材料的XRD图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
将1g葡萄糖和6g聚乙烯吡咯烷酮(K30)溶于60mL水中，然后加入1.5g六水合三氯化铝，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1 (a)，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下600°C煅烧5小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。图2为煅烧得到的氧化铝/碳气凝胶复合材料的XRD图，其为无定型氧化铝。元素分析结果表明含碳量为88%。
[0016]实施例2
将5.5g蔗糖和0.5g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于20mL水中，然后加入0.96g六水合三氯化铝，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1 (b)，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下1000°C煅烧2小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0017]实施例3
将5g乳糖和0.6g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝和1mL乙酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下KKKTC煅烧4小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0018]实施例4
将7g水苏糖和Ig聚丙烯酸钠(Mw =5000000?7000000)溶于25mL水中，然后加入0.16g氢氧化铝和7mL乙酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在180°C下反应7小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，经二氧化碳超临界干燥后在氮气气氛下700°C煅烧5小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0019]实施例5
将Ig异麦芽酮糖和0.05g水解聚丙酰胺溶于5mL水中，然后加入0.24g六水合三氯化铝、0.1g醋酸铝和4mL丙烯酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在190°C下反应6小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下900°C煅烧4小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0020]实施例6
将5g棉籽糖和0.7g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝和6mL冰乙酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下100(TC煅烧4小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0021]实施例7
将5g 土豆淀粉和0.8g丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物溶于30mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝，将混合液转移至密闭反应釜中，在170°C下反应10小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，经冷冻干燥后在氮气气氛下500°C煅烧7小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0022]实施例8
将7g低聚壳聚糖和0.Sg聚马来酸溶于15mL水中，然后加入0.16g氢氧化铝，将混合液转移至密闭反应釜中，在170°C下反应10小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经二氧化碳超临界干燥后在氮气气氛下1000°C煅烧2小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0023]实施例9
将5g β -环糊精和Ig聚马来酸溶于25mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝和3.5mL 二乙烯三胺，将混合液转移至密闭反应釜中，在240°C下反应3.5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1 (C)，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下800°C煅烧5小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0024]实施例10
将4gi3 -环糊精和1.5g聚乙烯吡咯烷酮(K30)溶于25mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝，将混合液转移至密闭反应釜中，在230°C下反应4小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经二氧化碳超临界干燥后在氮气气氛下800°C煅烧5小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0025]实施例11
将3g白糊精和1.5g聚丙烯酰胺(Mw:2000000?14000000)溶于20mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化铝和3mL三乙胺，将混合液转移至密闭反应釜中，在210°C下反应5.5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下800°C煅烧5小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0026]实施例12
将6g葡萄糖和1.0g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于19mL水中，然后加Λ 0.96g六水合三氯化铝和1mL甲酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在200°C下反应5小时，反应结束后得到圆柱状凝胶见图1 (d)，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下700°C煅烧6小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0027]实施例13
将5g辛基琥珀酸钠盐淀粉和0.5g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于1mL水中，然后加入0.32g氢氧化铝和9mL苯甲酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在160°C下反应10小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下800°C煅烧4小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0028]实施例14
将7g羧基淀粉胶和0.55g聚天冬氨酸溶于17mL水中，然后加入0.96g六水合三氯化铝和7mL乙二酸，将混合液转移至密闭反应釜中，在170°C下反应9小时，反应结束后得到圆柱状凝胶，凝胶经冷冻干燥后在氮气气氛下1000°C煅烧2小时得到氧化铝/碳气凝胶复合材料。
[0029]实施例