纳米分子筛/氧化铝复合材料的制备与表征

刘建明，吴东义，杨阳，吴树林

（天津城市建设学院，天津300384）

纳米分子筛/氧化铝复合材料的制备与表征

刘建明，吴东义，杨阳，吴树林

（天津城市建设学院，天津300384）

本文采用溶胶-凝胶法由自制的纳米分子筛和氧化铝制备纳米分子筛/Al2O3复合材料，做了制备纳米分子筛/ Al2O3复合材料条件实验（如Al2O3凝胶浓度、煅烧温度、纳米分子筛和Al2O3配比等)。纳米分子筛/Al2O3复合材料进行了傅利叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪（XRD）结构表征。测试了纳米分子筛/Al2O3复合材料的吸水率和吸油性，得出最佳吸水性和吸油性的制备条件。

氧化铝；分子筛；纳米；复合材料；溶胶凝胶；吸水；吸油

本文通过对纳米分子筛/Al2O3复合材料吸水性和吸油性测定，考察纳米分子筛/Al2O3复合材料制备的条件，并进行了表征。

1 实验部分

1.1 实验试剂与仪器

实验主要试剂：硝酸铝（分析纯、天津大学科威公司）；氨水（分析纯、天津市江大化工技术有限公司）；NaOH（分析纯、天津大学科威公司）；高岭土（分析纯、天津大学科威公司）；甲苯（分析纯、烟台三和化学试剂有限公司）。

实验主要仪器：电动搅拌器（OJ-100、天津市欧诺仪器仪表有限公司）；循环水式真空泵（SHZ-D (Ⅲ)、巩义市英峡仪器有限公司）；精密电子天平（EJ-41OS、西特传感技术有限公司）；傅立叶红外光谱仪（Nicolet380、美国热电公司）；X射线衍射仪（日本理学2038型、日本理学公司）。

1.2 材料的制备

1.2.1 分子筛的制备

根据专利“煅烧高岭土制备纳米分子筛的方法和产物”用水热合成法制备X型沸石分子筛[1]，称取一定量的NaOH和高龄土装进四口烧瓶中，搅拌同时向烧瓶中加入一定量的水。开始搅拌，加热，当温度升到100℃时，将搅拌调至慢速。保温2 h，停止搅拌去除加温装置。冷却至室温并中和到pH=7将其倒入试剂瓶。

1.2.2 溶胶凝胶法制备纳米分子筛/氧化铝复合材料

将一定量的Al（NO3）3·9H2O和蒸馏水，加入到四口瓶中，加热，到温度为80℃左右，加入氨水为沉淀剂，使pH在7～8[2]。加入前面制备的纳米分子筛，再滴加氨水，使pH在9左右，恒温搅拌混合2h。再经过过滤、水洗、干燥、煅烧（温度控制在750℃[3]）3h、球磨得到纳米分子筛/复合材料。

1.3 性能测试

1.3.1 吸水性的测试[4]

吸水率：秤取1g左右的样品，放入干燥的烧杯中，加入适量的H2O，在加入H2O的同时开始记时，一定时间后利用分样筛将吸水的试样与水分离，秤重，计算其吸水率[5]。

1.3.2 吸油性的测试[6]

吸油率：将样品剪成小块，称量其质量，放入到待测含油废水中后，每隔2h取出，在室温放置lmin，经自然淌滤去未吸收的油品后，称其含油材料的质量，然后再浸入到油品中，如此连续数小时，达到饱和吸附为止。

1.3.3 红外图谱（FTIR）分析

试样磨成粉末状，KBr压片，采用美国热电公司生产的傅立叶变换红外光谱仪（Nicolet380型）进行红外光谱试验，其分辨率不低于4cm-1。

1.3.4 X射线光电子（XPS）分析

测试条件：检测条件，CUKa 27．5KV 30mA TC2 1K×1 40．20mm/分；日本理学2038型，日本理学公司。

2 结果与讨论

2.1 Al2O3凝胶浓度对复合材料吸水率和吸油率的影响。

从图1和图2可以看出当Al2O3凝胶浓度为3%时，这时的吸水率和吸油率最大，吸油率相比吸水率低很多。可能由于浓度太低或太高都对复合材料结构形成有一定的影响。

2.2 煅烧温度对吸水率和吸油率的影响

煅烧温度对吸水率和吸油率的影响是相当明显的，从图3和图4可以看出煅烧温度越高，吸水率和吸油率随之增加，温度在550℃以上增加不明显。

2.3 纳米分子筛含量对吸水率和吸油率的影响

由图5可以看出于纳米分子筛加入提高了氧化铝粉末对水的吸收，但加到5%后吸水率提高的就不明显了。

从图6可以看出，加了纳米分子筛后，吸油率明显增加，但加到5%后吸油率提高的就不明显了。说明纳米分子筛加入提高了Al2O3吸水率和吸油率，纳米分子筛/Al2O3复合材料的交联网络结构中，形成了多个进入孔道，增加了网络内部的容纳体积。因此，复合物的吸水率和吸油率很明显增加。

2.4 纳米分子筛/Al2O3复合材料红外光谱分析

图7、图8、图9分别是分子筛、Al2O3和纳米分子筛/Al2O3复合材料的的红外光谱图。比较发现复合材料位于3400～3500cm-1之间的伸缩振动峰要比同区间的空白氧化铝的吸收峰要来的尖锐，这可以说明空白的氧化铝在该区间以Al-O-H的伸缩振动为主，而复合材料则以Si-O-H的伸缩振动为主，但效果要好。从图7、图8与图9的比较，在1300～1700 cm-1之间的3个吸收峰,纳米分子筛/Al2O3复合材料的3个吸收峰的频率都要比空白的来的尖锐，这是由于复合材料中的官能团发生配位，使得Si-H键力常数降低，所以其吸收峰往低频方向移动，表明Al2O3表面Al-O键与分子筛形成了一定的化学结构，纳米分子筛/Al2O3复合材中的纳米分子筛已经分散在氧化铝中。

2.5 纳米分子筛/Al2O3复合材料X衍射分析

从图11和图12可以看出,纳米分子筛/Al2O3复合材料衍射峰的宽度变大,峰没有纯的氧化铝来的尖锐，从图10和图12比较可以看出，纳米分子筛在氧化铝中分散的很均匀，纳米分子筛/Al2O3复合材料并不是两种材料的混合，是形成了新的材料——纳米分子筛/Al2O3复合材料。

3 结论

纳米分子筛/Al2O3复合材料制备条件是：Al2O3凝胶浓度为3%时，这时的吸水率和吸油率最大；煅烧温度最底在550℃；分子筛含量最少在5%以上。材料表征显示Al2O3表面Al-O键与分子筛形成了一定的化学结构，纳米分子筛/Al2O3复合材中的纳米分子筛已经分散在氧化铝中；纳米分子筛在氧化铝中分散的很均匀，纳米分子筛/Al2O3复合材料并不是两种材料的混合，是形成了新的材料——纳米分子筛/Al2O3复合材料。

［1］ 王银叶．申请专利号：CN200310106602.7．公开（公告）号：CN1605563

［2］ 郭英凯，赵燕禹，赵国华．纳米氧化铝的制备研究[J]．无机盐工业，2007，39(5):18－20

［3］ 王世全，邓辉，冯晓明．煅烧工艺对AL2O3晶粒的影响[J]．轻金属，2002，10：21－23

［4］ 李红，张丽芳，高德玉，等．高吸水复合材料吸水速度的研究[J]．化学工程师，2007，137(2)：11－13

［5］ 顾平．应用膜生物反应器处理生活污水的研究[J]．中国给水排水，1998，14(5)：6－8．

［6］ 王从南，沈志明．新型吸油材料[J]．非织造布，2000，8(4):6-8

Preparation and characterization of nano-zeolte/Al2O3composites

LIU Jian-ming,WU Dong-yi,YANG Yang,WU Shu-lin
(Tianjin Institute of Urban Construction,Tianjin 300384)

In this paper synthesized nano-zeolite/Al2O3composites were prepared with self-made nano-zeolite and alumina combined together by sol-gel method and have been done at nano-zeolite/Al2O3composites experimental conditions(such as Al2O3gel concentration、calcined temperature、the ratio of nano-zeolite to Al2O3and so on).Nano zeolite/Al2O3composites were tested for their structural characteristics with the Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and X-ray diffraction(XRD)as well as their capabilities of water and oil absorption.From the result,we obtained the optimum preparation conditions of water and oil obsorption of nano-zeolite/Al2O3composites.

alumina;nano-zeolite;composites;sol-gel;water absorption;oil absorption

book=2010,ebook=170

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.04.006

TQ424.25

A

1008-1267（2010）04-016-04

2009-10-20

天津市自然科学基金 纳米分子筛复合材料的显微结构及性能研究 项目号：07JCYBJC15300

刘建明（1978-），男，博士，天津城市建设学院教师，主要从事功能材料应用基础研究。