[发明专利]分等级介孔γ-Al2O3纳米结构吸附剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及化学品氧化铝生产技术领域，确切地说是一种分等级介孔γ-Al₂O₃纳米结构吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术

分等级纳米结构材料集分等级结构和介孔材料的优良特性于一身，因而具有独特的、与粉体材料显著不同的物化特性，在纳米化学反应器、催化、药物载体、低介电常数材料和隔音材料等诸多领域具有潜在的、巨大的应用价值。分等级介孔γ-Al₂O₃作为一种重要的金属氧化物纳米材料，在吸附、催化、分离和陶瓷等领域的潜在应用价值尤其受到研究者的关注。已成功制备的分等级γ-Al₂O₃形貌包括纳米管、纳米线、纳米带、纳米纤维、纳米棒、胡须状、花状和甜瓜状等[Zhang L., Zhu Y. J., J. Phys. Chem. C, 2008, 112, 16764]。通常，用不同方法制备的形貌各异的γ-Al₂O₃产品的性能指标也有所不同。

分等级结构的形成被广泛认为是一个涉及到各种构造模块，如低维的纳米微粒（0D），纳米纤维和纳米线、纳米带（1D）、纳米板和纳米薄片（2D）自组装成花状结构（3D）等高维纳米结构材料的过程。其主要制备方法包括软/硬模板法、微分扩散（柯肯达尔效应）、奥斯特瓦尔德熟化和化学诱导自转变法等。其中，模板法和结构调节剂诱导自组装法通过控制反应速率和选择性地改变最终产物不同晶面的生长动力学参数，被证实是制备各种性能各异的分等级氧化铝纳米材料的有效方法。例如，CN101618312公开了一种以尿素为沉淀剂、酒石酸钠为形貌调节剂，从硫酸铝、硫酸铝铵、硫酸铝钾或其任意比例的混合物经水热-焙烧处理制备拟薄水铝石和γ-Al₂O₃（核壳）空心微球的方法。CN101880049A公开了一种在蔗糖等生物小分子和聚醇等大分子的诱导作用下，以硝酸铝为铝源、碳酸铵或碳酸氢铵为沉淀剂，水热合成较小介孔集中在3 nm左右、较大介孔可以在10～30 nm间的分等级介孔氧化铝纳米棒的方法。但上述方法均存在引入结构调节剂的缺点，在很大程度上限制了他们的实际应用。最近，CN101704538A公开了一种系列异形分等级拟薄水铝石的水热合成方法，该方法以硝酸铝、氯化铝或其相互间任意比例的混合物为铝源、尿素为沉淀剂，通过加入不同量、在溶液中可以电离出SO₄^2-的硫酸盐来调控产物的形貌。该方法避免了在反应体系中引入模板剂或结构调节剂，为分等级氧化铝结构的制备提供了新的思路。但该方法没有通过焙烧进一步制备系列分等级氧化铝，且没有提及产物的应用性能。因此，开发一种无模板、工艺简单、环境友好、织构性质和形貌可控并且性能优异的分等级氧化铝纳米材料的制备方法仍然是一种巨大的挑战。

苯酚是一种公认的有毒污染物，它在很低的浓度下即可对生物体造成危害，造成生物体呕吐、吞咽困难、肝肾损伤和其它生理紊乱现象。我国在1990年将苯酚列为主要工业点源排放的优先污染物。作为一种原型质毒物，苯酚广泛存在于炼焦、合成橡胶、塑料、造纸、医药和石油化工废水中。因此，从废水中除去苯酚是迫切需要解决的问题。含酚废水的处理方法有光催化氧化法、化学氧化法、生物降解法和吸附法等。其中，低能耗的吸附法被普遍认为是较理想的方法，该方法的关键是要有吸附性能优异的吸附剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可以在较高的铝盐浓度范围内和相对较温和的无模板水热反应条件下，实现形貌可调的分等级介孔γ-Al₂O₃纳米结构材料的规模制备方法，这些产品对水体中的难降解有机污染物苯酚和主要温室气体CO₂均具有优良的吸附性能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

1）将无机铝盐溶解在蒸馏水中，随后加入沉淀剂，在搅拌下形成Al³⁺浓度为0.01~0.5 mol/L的溶液，其中，沉淀剂和Al³⁺的摩尔比为1.0~25.0:1.0，然后将该溶液转移至水热釜中进行水热反应，得水热产物；

2）水热产物经冷却、过滤后，先用蒸馏水洗涤滤饼至中性，然后将中性滤饼用无水乙醇分散洗涤并过滤，再经真空干燥、焙烧后得到所述吸附剂。

所述的无机铝盐，其可以采用硫酸铝、氯化铝、硝酸铝、硫酸铝钾和硫酸铝铵中的一种，或多种混合物。

所述的沉淀剂为硫脲。