介孔氧化铝的溶胶-凝胶法制备

张旭光, 马云飞

(1. 吉林出入境检验检疫技术中心，吉林 长春 130000; 2. 吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130000)

·研究简报·

介孔氧化铝的溶胶-凝胶法制备

张旭光1*, 马云飞2

(1. 吉林出入境检验检疫技术中心，吉林 长春 130000; 2. 吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130000)

以硝酸铝为铝源，十六烷基三甲基溴化铵和尿素为复合模板剂，采用溶胶-凝胶法制备了介孔氧化铝(1)，其结构经TEM, XRD, TG-DTA和N2-BET表征。结果表明：1比表面积较大(>400 m2·g-1)，孔径分布窄(3～5 nm)，形成的蠕虫状孔道具有短程有序性。

介孔氧化铝; 复合模板剂; 溶胶-凝胶法; 制备

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]由于具有较高的比表面积[6]和规则的孔道结构而在催化剂、催化剂载体和吸收剂[7-8]等领域备受关注。介孔材料的制备方法主要有：溶胶-凝胶法、水热反应法、沉淀法、乳化及微乳化法等[9-10]。

介孔氧化铝(1)是一类重要的介孔材料，其制备方法主要有3种：中性合成法、阴离子合成法和阳离子合成法[11-13]。目前，合成比表面积较大的1多采用醇盐为原料,高碳有机酸为模板剂，制备成本较高，难以工业化生产。

本文以硝酸铝为铝源，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和尿素为复合模板剂，采用溶胶-凝胶法制备了介孔氧化铝(1)，其结构经TEM, XRD, TG-DTA和N2-BET表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

JSM-3010型高分辨透射电镜(加速电压300 kV); Rigaku D-Max 2500 PC型X-射线衍射仪(CuKα辐射,石墨单色器,扫描范围0.5～5°,测试温度22 ℃,相对湿度≈70%); WCT-2C型微量差热天平(进样量为10.0 mg,升温速率10 ℃·min-1，空气氛围)；Micromeritics TriStar 3000型氮气吸附-脱附仪。

所用试剂均为分析纯。

1.2 制备

在烧杯中加入15 mol·L-1氨水溶液0.009 mol, CTAB 0.468 3 g和尿素0.468 3 g，搅拌下于85 ℃加入0.02 mol·L-1硝酸铝溶液0.009 mol，反应2 h。调至pH 8.0，搅拌0.5 h；真空干燥，于500 ℃焙烧2 h得白色固体1。

2.1 表征

(1) TEM

图1为1的TEM照片。由图1可见，由于模板剂和结晶水在煅烧后消失,1中形成了大量短程有序的蠕虫状孔道,孔径分布较宽。

图1 1的TEM照片

2θ/(°)

(2) XRD

图2为1的XRD谱图。由图2可见，谱图中仅有一个宽衍射峰，对应于(100)晶面，说明1属于短程有序的介孔材料，这与其他很多介孔材料有所不同，这类材料衍射峰较多，一般为六方排列或者立方排列结构。

Temperature/℃

相对压力

孔径/nm

(3) TG-DTG

图3为1的TG-DTG曲线。由图3可见，1的质量损失主要在100～500 ℃,超过500 ℃,质量比较稳定,说明模板剂已全部消失,产物也全部转变为氧化物。

(4) N2-BET

图4为1的N2吸附-脱附等温线和孔径分布曲线。由图4可见，1仅有一个明显的特征峰，孔径分布在2～10 nm，集中分布在3～5 nm。说明1的孔径基本在介孔范围之内,孔径分布较窄。

以硝酸铝为铝源，十六烷基三甲基溴化铵和尿素为复合模板剂，采用溶胶-凝胶法制备了介孔氧化铝(1)。1比表面积较大(>400 m2·g-1)，孔径分布窄(3～5 nm)，形成的蠕虫状孔道具有短程有序性。

[1] 朱振峰,孙洪军,刘辉,等. 表面活性剂辅助水热-热分解法制备介孔氧化铝纤维[J].无机材料学报,2009,24(5):1003-1007.

[2] 万红日,胡玉才,殷平,等. 介孔氧化铝的合成生长机理及应用[J].鲁东大学学报,2012,28(2):139-145.

[3] 张波,张豪杰,王晶,等. P123模板氧化铝介孔材料制备及性能[J].大连铁道学院学报,2006,27(1):71-75.

[4] 郭建维,李龙焕,黄阳海,等. 新型催化材料-介孔氧化铝分子筛的合成、表征及应用前景[J].功能材料,2006,10(37):1527-1530.

[5] 李东红,沈湘黔,王舟,等. 球形高纯氧化铝粉体的制备[J].稀有金属材料与工程,2008,27:252-255.

[6] 张倩影,朱丽慧,刘伟,等. 片状氧化铝粉体的制备及应用[J].材料导报,2007,21:384-387.

[7] 陈国亮,李剑,杨丽娜,等. 介孔氧化铝改性进展与研究[J].天然气化工,2016,41:68-72.

[8] 冯守爱,黄泰松,邹克兴,等. 介孔氧化铝选择性吸附烟气中低分子醛酮化合物的研究[J].功能材料,2013,44:63-66.

[9] 关丽丽,柳云骐,李广慈,等. 介孔氧化铝及其前体的晶体结构与表面化学的研究进展[J].石化技术,2010,39(7):809-817.

[10] 杨冷,冯炫,刘应亮,等. 介孔氧化铝的制备及应用[J].化学进展,2010,22(1):32-43.

[11] 徐如人,庞文琴,霍启升,等. 分子筛与多孔材料化学[M].北京:科学出版社,2004.

[12] 李传润,冯已巳,杨庆华,等. 介孔氧化铝的研究进展[J].化学进展,2006,18(11):1482-1483.

[13] 李志平,赵瑞红,郭奋,等. 复合模板剂制备有序介孔氧化铝[J].北京化工大学学报,2008,35(3):23-26.

[14] 沈钟,赵振国,康万利,等. 胶体与表面化学[M].北京:化学工业出版社,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

中国大洋协会基金资助项目(DY105-01-03)

张旭光(1985-)，男，汉族，黑龙江哈尔滨人，硕士，工程师，主要从事功能材料的研究。 E-mail: xueshan68534706@sohu.com