专利名称：纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球分离剂的合成方法
技术领域：
本发明属于无机孔材料领域，具体涉及一种制备纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球分离剂的方法。
本发明提出的合成纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球分离剂的方法，在有机溶剂和水的混合溶剂或纯有机溶剂中，在盐酸的催化作用下，以表面活性剂为结构导向剂，与无机铝材料共组装成具有介观有序结构的小球，高温下脱去作为模板的表面活性剂，即得到一种具有均匀介孔的氧化铝球。具体步骤如下(1)将适量的表面活性剂Aldrich P123(即EO20PO70EO20平均分子量5800)和盐酸溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中；(2)将适量的异丁醇铝溶解在相同的有机溶剂中；(3)匀速搅拌下，将步骤(2)中的溶液缓慢地滴加于步骤(1)所制备的溶液中，继续搅拌直至反应完全。各反应组份的用量重量比例为P123∶有机溶剂∶水∶异丁醇铝∶盐酸＝(0.9-1.2)∶(21.0-19.0)∶(1.1-3.1)∶(3.0-3.4)∶(1.0-2.0)；(4)将反应混合物过滤，并用有机溶剂洗涤2-5次。产物在室温下干燥；(5)将干燥后的氧化铝材料在500-600℃焙烧5-8小时，脱去表面活性剂，得到介孔氧化铝球。
在本发明中，采用了有机溶剂和水的混合溶剂或纯的有机溶剂。其中，有机溶机一般可采用乙腈、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃(THF)。混合溶剂的组成和配比对介孔氧化铝球的形状及尺寸会有影响。改变混合溶剂的配比，可以改变所得到的介孔氧化铝球的尺寸，即随着溶剂极性的减小，得到的氧化铝球的直径将增大，最大可达900nm。
在本发明中，合成氧化铝球时采用盐酸作为催化剂。在合成介孔氧化铝球时，盐酸的量会影响所得到的球的大小。在有机溶剂和水的比例一定时，增加盐酸的量，合成出的氧化铝小球的直径会随之增加。
在本发明中，合成过程中应该保持电磁搅拌器的搅拌速度恒定。匀速的搅拌对生成直径均一的氧化铝小球有影响。在搅拌速度较快时，所得到的氧化铝球的直径会稍有增大。
在本发明中，我们采用了表面活性剂作为介孔球的介孔结构的导向剂。在合成氧化铝球时，采用了三嵌段表面活性剂Aldrich P123(即EO20PO70EO20，平均分子量5800)作为结构导向剂。在盐酸的催化下，异丁醇铝水解得到的氧化铝与P123共组装成介观有序结构。同时由于有机溶剂的作用和均匀搅拌的条件，所得到的介孔氧化铝球具有均匀的球形，并且具有类似介孔材料MCM-41的介孔孔道结构。介孔氧化铝球具有均一的直径可以由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)看出。氮气吸附--脱附实验(BET)结果表明，所得到的介孔氧化铝球具有极高的比表面和均一的孔径分布，所得到的介孔氧化铝球的孔径达到10nm。改变作为模板的结构导向剂，可以改变所得到的介孔球中介孔的孔径。
在本发明中，我们还可将介孔氧化铝球合成步骤(3)的产物在100℃水热处理24-48小时。由X射线衍射(XRD)图谱可知，经过水热处理后，所得到的介孔氧化铝球具有更加有序的介孔结构。
将3.0克异丁醇铝溶解在10.0克乙腈溶剂中。
在匀速搅拌下，将步骤(2)中的溶液缓慢地滴加在步骤(1)所制备的溶液中。继续在室温下搅拌6小时。
将白色混合物过滤，并用乙腈洗涤数次。产物在室温下干燥。
干燥后的氧化铝材料在550℃焙烧，脱去表面活性剂，得到介孔氧化铝球。
从透射电子显微镜(TEM)图上可以看出，所得到的介孔氧化铝球的直径在400nm左右，孔径不太有序。氮气吸附-脱附实验(BET)的结果表明，孔径约为10nm，比表面积为360平方米/克。
实施例2，各个过程均按实施例1程序，将溶剂改成四氢呋哺和水，改变后各试剂的用量为1.1g P123、21.0g四氢呋喃、1.1g水、3.0g异丁醇铝、2.0g(2M)盐酸。
此时，所得到的介孔氧化铝球的直径在900纳米左右。而孔径、结构与实施例1的结果相近。
实施例3，各个过程均按实施例1程序，将溶剂改成N，N-二甲基甲酰胺(DMF)和水。
此时，所得到的介孔氧化铝球的直径在200纳米左右。而孔径、结构与实施例1的结果相近。
权利要求
1.一种纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球分离剂的合成方法，其特征在于在有机溶剂和水的混合溶剂或纯有机溶剂中，在盐酸的催化作用下，以表面活性剂为结构导向剂，与无机铝材料共组装成具有介观有序结构的小球，高温下脱去作为模板的表面活性剂，得到一种具有均匀介孔的氧化铝球，具体步骤如下(1)将适量的表面活性剂P123和盐酸溶解在有机溶剂和水的混合溶剂中；(2)将适量的异丁醇铝溶解在相同的有机溶剂中；(3)匀速搅拌下，将步骤(2)中的溶液缓慢地滴加于步骤(1)所制备的溶液中，继续搅拌直至反应完全，各反应组分的用量重量比例为P123∶有机溶机∶水∶异丁醇铝∶盐酸＝(0.9-1.2)∶(21.0-19.0)∶(1.1-3.1)∶(3.0-3.4)∶(1.0-2.0)；(4)将反应混合物过滤，并用有机溶剂洗涤2-5次，产物在室温下干燥；(5)将干燥后的氧化铝材料在500-600℃焙烧5-8小时，脱去表面活性剂，得到介孔氧化铝球。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于应用的有机溶剂为乙腈、N，N-二甲基甲酰胺或四氢呋哺。
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于还可将合成步骤(3)的产物在100℃水热处理24-48小时。
全文摘要
本发明属无机分子筛材料领域,具体涉及一种制备纳米尺寸的均匀介孔氧化铝球分离剂的方法,即在有机溶剂和水的混合溶剂或纯有机溶剂中,在盐酸的催化作用下,以表面活性剂作为结构导向剂,与无机铝材料共组装成具有介观有序结构的小球,高温下脱去作为模板的表面活性剂,即得到一种具有均匀介孔的氧化铝球。球的直径为数十到数百纳米,并能随着合成条件的改变而改变。由此制得的氧化铝球在吸附、分离、光学材料等方面具有较为广泛的应用前景。
文档编号C01F7/02GK1346801SQ01126878
公开日2002年5月1日 申请日期2001年9月26日 优先权日2001年9月26日
发明者赵东元, 罗骞, 屠波, 周亚明, 李莉, 薛志元 申请人:复旦大学