[发明专利]一种高比表面积多级孔氧化铝‑氧化锆纳米晶体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝-氧化锆纳米晶体材料的制备方法，特别是一种具有高比表面积和多级孔结构的氧化铝-氧化锆纳米晶体材料的制备方法。

背景技术

鉴于多孔材料具有不同尺寸的孔道，在分子扩散与吸附及择形催化等方面享有优越的特性，大大激发了研究者们对多孔材料的制备及其在催化应用方面的研究热度。在诸多的多孔材料中，多孔氧化铝、多孔氧化锆材料由于表面同时具有酸碱特性而备受关注。近几年来，许多研究者使用如三嵌段共聚物P123或F127、十六烷基四甲基溴化铵等作为软模板剂，或者采用碳纳米管等作为硬模板剂，利用水热法成功制备了介孔氧化铝和介孔氧化锆纳米材料，但由于其介孔孔道多为蠕虫状、孔壁为无定形，导致其介孔结构不稳定和比表面积较低，使其的应用受到了很大的限制。

研究表明，将金属锆离子掺杂入氧化铝中，或将金属铝离子掺杂到氧化锆中，可以提高材料的稳定性。因此人们开始关注多孔氧化锆-氧化铝或多孔氧化铝-氧化锆纳米材料的制备研究。Wang等(Facile synthesis of highly ordered mesoporous alumina with high thermal and hydrothermal stability using zirconia as promoter. Materials Letters, 2013; 97: 27-30.)通过使用嵌段共聚物F127作为模板剂，异丙醇铝作为铝源，氧氯化锆作为掺杂的锆源，采用溶剂挥发诱导自组装法成功制备出了稳定性良好的无定形介孔氧化锆-氧化铝纳米材料，结果显示当Zr/Al摩尔比为0.2时，该材料的比表面积为212m²/g，颗粒粒径为7.6nm。Li等(A super-microporous zirconia-alumina nanomaterial with high thermal stability. Materials Letters, 2014; 136: 183-186.)则使用非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-7作为模板剂，以异丙醇铝和氧氯化锆分别作为铝源和掺杂锆源，采用溶剂挥发诱导自组装法制备了超微孔氧化锆-氧化铝纳米材料，研究发现在Zr/Al摩尔比为0.1时获得样品的比表面积高达413m²/g，但材料仍呈现出无定形结构。

而关于铝离子掺杂制备介孔氧化铝-氧化锆纳米材料的文献报道则甚少。最近，Liu等(Synthesis of aluminum-doped mesoporous zirconia with imporved thermal stability. Microporous and Mesoporous Materials, 2014; 186: 1-6.)使用三嵌段共聚物F127作为模板剂，氧氯化锆作为锆源，异丙醇铝作为掺杂的铝源，采用溶剂蒸发诱导自组装法，在含有硝酸的酸性溶液体系中成功制备出了Al掺杂的介孔氧化铝-氧化锆材料，结果表明当Al/Zr摩尔比介于0.1～0.2时，获得的样品呈现出四方相结构，但Al/Zr摩尔比大于0.2时则呈现出无定形结构，且其比表面积相应从66m²/g增加至173m²/g。

显然，无论是通过掺杂锆制备的多孔氧化锆-氧化铝纳米材料，还是掺杂铝制备的多孔氧化铝-氧化锆纳米材料，所获得材料在提高稳定性和比表面积等方面得到了一定程度的改善，但所述材料均呈现出无定形结构，即获得的材料均为结晶度很低的非晶体或微晶体材料，由此带来的无定形孔壁问题对其在催化方面的应用必然会产生很大的负面影响。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种高比表面积多级孔氧化铝-氧化锆纳米晶体的制备方法。

本发明所述高比表面积多级孔氧化铝-氧化锆纳米晶体的制备方法是以正丁醇锆作为锆源，异丙醇铝作为掺杂的铝源，嵌段共聚物F127作为模板剂，在乙醇溶剂体系中，采用水蒸汽诱导反应法制备所述高比表面积多级孔氧化铝-氧化锆纳米晶体，具体制备方法为：

将溶解有正丁醇锆、异丙醇铝和模板剂F127的乙醇反应溶液置于反应容器内，再将所述反应容器置于装有蒸馏水的反应釜中，使蒸馏水与所述反应溶液无直接接触，密闭反应釜，升温产生水蒸汽与所述反应溶液接触进行水蒸汽诱导反应，反应得到的固体产物经高温焙烧获得多级孔氧化铝-氧化锆纳米晶体。

本发明上述制备方法中，所述水蒸汽诱导反应的反应温度为130～150℃，反应时间优选为20～32h。