[发明专利]采用超分子凝胶‑离子液体共模板合成介孔氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用超分子凝胶模板可控合成介孔氧化铝的方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

本发明涉及一种采用超分子凝胶-离子液体共模板可控合成介孔氧化铝的方法，属于材料制备技术领域。

氧化铝是一种多孔、高分散、形态变化复杂的两性化合物，具有多种晶相，适合用作催化剂、催化剂载体、吸附剂等。然而通常制备的氧化铝孔径分布较宽且孔道无序。为了满足反应与分离的不同需要，合成具有高比表面积、孔径分布及有序度可调控的介孔氧化铝具有重要意义。

目前制备介孔氧化铝通常的实验方法有硬模板法和软模板法。硬模板法通常以具有介孔结构的介孔炭、介孔分子筛为模板，向模板的孔道中引入铝源前驱体，再除去硬模板从而得到对硬模板正相或反相复制的介孔氧化铝，其主要缺点在于模板难以去除，步骤繁琐，成本高。软模板法通常采用表面活性剂作为模板剂，通过软模板法可以获得无序蠕虫状孔道乃至有序介孔孔道，比表面积较高，孔径分布均匀，但其缺点是合成条件不易控，介孔构建存在一定困难。

超分子功能凝胶―低分子有机凝胶或水凝胶，是指凝胶因子在合适的有机溶剂或水中通过分子间氢键、π-π堆积、疏水作用或范德华力等分子间非共价键互相作用自组装形成线性、纤维状或带状结构，继而形成三维网络结构，阻止有机溶剂或水分子的流动，使整个体系凝胶化。超分子凝胶体系所具有的纳米尺寸的自组装三维网状结构可提供具有高比表面积的反应界面，其微观结构如纤维粗细长短、交联度、孔道形状等可通过适当参数加以调控。基于其微观结构的特点，超分子凝胶可用作纳米材料合成的理想模板。离子液体是指完全由离子构成的液体，现多指在低于100℃时呈液体状态的熔盐，一般由有机阳离子和无机阴离子组成。离子液体具有表面张力低、稳定性高、溶解性好等优点，同时，离子液体也被称为超分子溶剂，它在液态下可形成“延长”的氢键，进而自组装形成组织良好、长程有序的纳米网状结构，可作为纳米和介孔合成的模板。已有研究分别在超分子凝胶或离子液体中合成介孔材料如TiO₂、ZnO、SiO₂、Al₂O₃，但合成的多为无序介孔，并且缺乏对介孔的灵活有效调控。两种模板的共同使用则有望进一步增强其对介孔合成的调控能力，迄今尚未见采用超分子凝胶-离子液体共模板合成介孔Al₂O₃的研究报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用超分子凝胶-离子液体共模板可控合成介孔氧化铝的方法。该方法过程简单，能够实现对氧化铝介孔结构、形貌的灵活调控。

本发明提供一种采用超分子凝胶-离子液体共模板合成介孔氧化铝的方法，以有机铝源或无机铝源为原料，采用有机凝胶因子或水凝胶因子为主模板、离子液体为辅助模板，来分别合成不同的目标产品，即无序或有序介孔氧化铝、中空纤维束状氧化铝，其特征在于，

当目标产品是无序或有序介孔氧化铝时，包括如下步骤：

(A1)称取有机凝胶因子加入到有机溶剂中，加热至80℃-140℃溶解形成透明溶液；或者称取水凝胶因子加入到水中，加热至50℃-100℃溶解形成透明溶液；

(A2)称取铝源、离子液体分别加入到步骤(A1)所得到的透明溶液中，混合后冷却成胶24h-48h；

(A3)按铝源与氨水的物质的量比0.2-1，向步骤(A2)制得的湿凝胶中滴加氨水，静置24h-48h；

(A4)将步骤(A3)所得凝胶于40℃-80℃干燥12-72h，而后于400-900℃焙烧3h-7h，制得无序或有序介孔氧化铝；

当目标产品是中空纤维束状氧化铝时，包括如下步骤：

(B1)称取有机凝胶因子加入到有机溶剂中，加热至80℃-140℃溶解形成透明溶液；

(B2)采用透析法用水置换步骤(B1)所得凝胶中的有机溶剂，然后冷冻干燥24h-48h制得相应的干凝胶；

(B3)将铝源和离子液体加入到含有盐酸的乙醇溶液中，再加入柠檬酸，反应3h-7h，得到铝溶胶，将步骤(B2)所得干凝胶浸泡在铝溶胶中3-7h；

(B4)将步骤(B3)所得浸泡后的凝胶于40℃-80℃干燥12-72h，而后于400℃-900℃焙烧3-7h，制得中空纤维束状氧化铝。

本发明所述的采用超分子凝胶-离子液体共模板合成介孔氧化铝的方法，其中，铝源优选为异丙醇铝、硫酸铝、硝酸铝或偏铝酸钠。