[发明专利]一种整体式钛改性氧化铝材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种整体式钛改性氧化铝材料及其制备方法。该材料为蜂窝状结构，蜂窝孔的孔壁具有微观大孔孔隙，大孔孔径为200‑1000nm，大孔分布均匀且三维贯通，大孔孔径与对应的壁厚尺寸比值为2.1‑3.5。材料的制备方法如下：（1）将勃姆石粉在水中均匀分散，得到勃姆石悬浊液，将胶溶剂缓慢加入到勃姆石粉悬浊液中，升温老化得到铝溶胶；（2）将无机铝盐、聚乙二醇、铝溶胶、钛醇盐、酰胺类化合物和低碳醇水溶液混合，然后加入环氧丙烷和/或吡啶，混合物浇铸到反蜂窝模具中成型。本发明产品具有宏观和微观两种大孔结构，很适合作为多相催化的载体，制备过程环境友好，过程简便易行，易于工业生产。

技术领域

本发明属于无机材料制备领域，具体地涉及一种整体式钛改性氧化铝材料及其制备方法。

背景技术

整体式大孔氧化物由于具有较大的孔道结构、较高的比表面积、良好的热稳定性，广泛用于多相催化剂、催化剂载体、吸附分离材料、色谱填料、电极材料、声阻及热阻材料等领域。

“Synthesis of Hierarchically Porous Silica and Metal Oxide BeadsUsing Emulsion-Templated Polymer Scaffolds”（Chemical Material,2004,16:4245-4256.）报道了以丙烯酰胺为有机单体，N，N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂，分别以Triton X-405和PVA为表面活性剂和稳定剂，以矿物油为分散相，以过硫酸铵和四甲基乙二胺作引发剂，通过乳液聚合反应制备了多孔聚合物泡沫微球模板，然后向这种聚合物微球模板分别填充 SiO₂、Al₂O₃、TiO₂和 ZrO₂的前驱物，经转化后，最后焙烧除去模板得到相应的大孔氧化物材料，其大孔孔径可在微米级到毫米级之间控制。这种方法中，模板的制备需要使用表面活性剂、稳定剂，制备过程比较繁琐，且所用原料包括表面活性剂成本较高，所用丙烯酰胺有机单体具有致癌性。此外，在通过焙烧去除模板时，排放物刺激性较强，对环境污染较大。

“Macroporous alumina monoliths prepared by filling polymer foamswith alumina hydrosols”（J Mater. Sci.,2009,44:931-938.）报导了以高浓度乳液聚合方法制备了大孔聚苯乙烯泡沫模板，然后向模板中填充氧化铝水溶胶，经转化后，通过焙烧去除模板得到整体式大孔氧化铝的技术。这种技术以苯乙烯为有机单体，二乙烯基苯为交联剂，SPAN-80为表面活性剂，以偶氮二异丁腈为引发剂，所用有机原料及表面活性剂的成本相对较低，但这种方法，由于采用高浓度乳液聚合，所消耗的有机单体较多，且苯乙烯单体为芳烃化合物，具有一定毒性，同时，在通过焙烧去除模板时，排放物刺激性较强，对环境造成污染。

CN101200297A公开了整体型大孔氧化铝的制备方法：采用反向浓乳液法以苯乙烯和二乙烯苯为单体制备整体式大孔有机模板；以异丙醇铝或拟薄水铝石为前驱物制备Al₂O₃水溶胶；将Al₂O₃水溶胶填充到整体式大孔有机模板中；填充后的整体型有机/无机复合物经干燥，于600℃-900℃焙烧脱除模板，得到整体型大孔氧化铝。该方法的优点在于制备过程简单易行，制得的整体式大孔氧化铝具有微米级互相连通的大孔孔道，孔径为1μm-50μm。该方法制备整体式大孔氧化铝简单易行，但该方法中水相的体积分数占75％-90％，相应地有机单体的体积分数相对较低，本方法在降低有机单体消耗的同时，所制备的模板的制备效率也较低，不利于后继步骤大孔氧化铝的批量制备。材料机械强度很低。同时与上述其它专利相似，有机单体具有一定毒性，并且在通过焙烧去除模板时，排放物刺激性较强，对环境造成污染。