CN101134586B - 一种纳米氧化铝空心球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纳米氧化铝空心球的制备方法，属于纳米结构材料制备领域。专利CN1884083的方法涉及到塔及高温等条件，耗能高，操作麻烦。本发明先以葡萄糖或蔗糖为原料，水热合成胶体碳球做模板，将自制的胶体碳球加入到无机铝溶液中，经超声后，在一定温度下静置一定时间，之后经分离、干燥、煅烧，最终得到纳米氧化铝空心球。该氧化铝空心球大小均一、可调，壁厚可控，表面具有多孔结构。此方法工艺简单、操作安全、成本低。

Description

一种纳米氧化铝空心球的制备方法
技术领域
本发明属于纳米结构材料制备领域，特别是纳米氧化铝空心球的制备。
背景技术
纳米空心球作为一种新的纳米结构，其一个明显的特征就是具有很大的内部空间及厚度在纳米尺度范围内的壳层。这种特殊结构使它可作为客体物质的载体，从而在医学和制药学领域应用范围很广。此外，空心球的特殊空心结构还使得这种材料与其块体材料相比具有比表面积大、密度小等很多特性，因此纳米空心球的应用范畴不断扩大，已扩展到材料科学、染料工业等众多领域。可作为轻质结构材料·、隔热、隔声和电绝缘材料、颜料、催化剂载体等。
由于纳米空心球材料的优异性能及广阔应用前景，其开发研究引起了人们的广泛关注，现已形成制备纳米空心球的多种方法，如模板法·、吸附技术·、喷雾高温分解法·、超声化学法·、水热法等·。用这些方法已成功制备出CdS·、ZrO2 ·、金属Ag、TiO2、Si·、SnO2 ·等多种无机材料纳米空心球及聚合物纳米空心球，如PSt·、聚甲基丙烯酸甲酯等。
氧化铝是一种多孔性、高分散度的固体物料，具有良好的吸附性能、表面酸性及热稳定性。因此氧化铝空心球比其它无机材料纳米空心球更具优良特性，对于起步阶段的无机材料领域，掌握纳米氧化铝空心球的制备方法具有重要意义。
专利CN1884083描述了一种以AlCl3原料，其过程是：将AlCl3和乙醇的混合溶液，由载气N2载入蒸发器汽化，然后与200～350℃的空气和氢气混合后，由设置在燃烧反应器顶部的三通道烧嘴的中心管进入燃烧反应器，在燃烧室内进行水解反应，反应温度为1200～2500℃，并最后生成纳米Al2O3空心球结构，从燃烧反应器底部排出收集，尾气经过HCl吸收塔后排空；同时，温度为25～100℃的氢气和空气的混合气体由二环管进入燃烧反应器；同时，温度为50-200℃的空气由三环管进入燃烧反应器。此方法涉及到塔及高温等条件，耗能高，操作麻烦。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、操作安全、成本低的氧化铝空心球的制备方法，进一步解决粒度可控、表面形态可控的问题。本发明采用模板法，选取的无机铝(铝源)、葡萄糖或蔗糖(水热合成胶体碳球模板的原料)和乙醇(溶剂)均价格低廉，制备的纳米氧化铝空心球大小均一、可调，壁厚可控，表面具有多孔结构。
本发明的具体制备步骤如下：
A、配制1mol/l的葡萄糖或蔗糖溶液，将溶液填入小反应釜中，并将小反应釜放入160～200℃的烘箱中，放置4～12h，得到棕色液体；
B、将步骤A中所得的液体在离心机中进行分离，并用去离子水和乙醇反复冲洗，离心得到的固体放入80℃的烘箱中烘干，得棕色粉末；
C、配制0.1～0.6mol/l的无机铝溶液，溶剂为乙醇或水，加入步骤B中所得粉体，铝与粉末的质量比为15：2～45：1，搅拌并超声20min后在10～60℃下静置8～24h，得棕色液体；
D、将步骤C中的所得液体进行抽滤，并将所得固体放入80℃烘箱中烘干，得棕色粉末；
E、将步骤D中所得粉末在氮气保护下，以2～3℃/min速度升温到330℃维持3小时，继续以2～3℃/min速度升温到440℃维持3小时，然后以2～3℃/min的速度升温到550℃后，改通氧气，维持3小时，即可制得纳米氧化铝空心球。
本发明中模板的合成是一种绿色方法，它的前驱物为葡萄糖或蔗糖，合成过程不需要使用任何有机溶剂、引发剂和表面活性剂。
本发明中模板的大小可由反应釜在烘箱中放置时间的长短来控制，进而对纳米氧化铝空心球的大小进行调控。
本发明中的静置温度是影响纳米氧化铝空心球壁厚和表面光滑程度的关键因素，不同的静置温度能得到不同壁厚、不同表面光滑度的纳米氧化铝空心球。
本发明的煅烧时间会影响空心球的完整性，时间过长会导致空心球的破碎。
本发明制得的纳米氧化铝空心球粒径范围在50～300nm，壁厚在10～45nm之间，表面多孔。通过控制模板的大小和静置温度的高低，可以得到粒度均一、可调，形貌可控的纳米氧化铝空心球。其特殊的空心球结构使其在催化剂载体和结构材料等方面具有较大的应用价值。本发明所采用的方法工艺简单、操作安全，且成本低。
附图说明
图1是本发明中所用的自制胶体碳球模板的透射电子显微镜照片。
图2是本发明中所用的自制胶体碳球模板的扫描电子显微镜照片。
图3是本发明实例1制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图4是本发明实例1制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
图5是本发明实例2制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图6是本发明实例2制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
图7是本发明实例3制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图8是本发明实例3制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
图9是本发明实例4制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图10是本发明实例4制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
图11是本发明实例5制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图12是本发明实例5制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
图13是本发明实例6制备的纳米氧化铝空心球的透射电子显微镜照片。
图14是本发明实例6制备的纳米氧化铝空心球的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
A、配制1mol/l的葡萄糖溶液，将溶液填入反应釜中，并将反应釜放入180℃的烘箱中，放置6.5h，得棕色液体。
B、将步骤A中所得液体在离心机中进行分离，并用去离子水和乙醇反复冲洗，离心得到的固体放入80℃的烘箱中烘干，得胶体碳球粉末。
C、配制0.4mol/1的铝溶液，溶剂为乙醇，铝与胶体碳球的质量比为30：1，搅拌并超声20min后，在常温下静置8h，得棕色液体。
D、将所得液体进行抽滤，并将所得固体放入80℃烘箱中烘干，得棕色粉末。
E、将所得粉末在氮气保护下，以2～3℃/min速度升温到330℃维持3小时，继续以2～3℃/min速度升温到440℃维持3小时，然后以2～3℃/min的速度升温到550℃后，改通氧气，维持3小时，制得纳米氧化铝空心球。
通过TEM观测，如图3所示，为明显的空心球结构，由图4的SEM可以看出，所得产品形貌为“核桃”状，大小约在200～300nm，表面有褶皱，且存在小孔。
实施例2
操作同实施例1，仅不同的是铝与胶体碳球的质量比为15∶2。其形貌并没有太大变化。
实施例3
操作同实施例1，仅不同的是铝与胶体碳球的质量比为45∶1。其形貌与实例1相比，并无明显变化。可见，铝溶液浓度对产品形貌的影响很小。
实施例4
操作同实施例1，仅不同的是步骤C中的静置温度为35℃。其形貌与实例1相比，并无明显变化。
实施例5
操作同实施例1，仅不同的是步骤C中的静置温度为45℃。由图11的TEM和图12的SEM可以看出，所得产品表面褶皱消失，变得光滑，壁厚增加，由图12的SEM中破碎的产品可看出，其壁厚约为25nm。
实施例6
操作同实施例1，仅不同的是步骤C中的静置温度为60℃。由图14的SEM可看出，产品表面更加光滑，其壁厚达到40nm以上。

Claims (1)

1.一种纳米氧化铝空心球，其特征在于通过以下步骤制备而成：
A、配制1mol/L的葡萄糖或蔗糖溶液，将溶液填入小反应釜中，并将小反应釜放入160～200℃的烘箱中，放置4～12h，得到棕色液体；
B、将步骤A中所得的液体在离心机中进行分离，并用去离子水和乙醇反复冲洗，离心得到的固体放入80℃的烘箱中烘干，得棕色粉末；
C、配制0.1～0.6mol/L的无机铝溶液，溶剂为乙醇或水，加入步骤B中所得粉体，铝与粉末的质量比为15∶2～45∶1，搅拌并超声20min后在10～60℃下静置8～24h，得棕色液体；
D、将步骤C中的所得液体进行抽滤，并将所得固体放入80℃烘箱中烘干，得棕色粉末；
E、将步骤D中所得粉末在氮气保护下，以2～3℃/min速度升温到330℃维持3小时，继续以2～3℃/min速度升温到440℃维持3小时，然后以2～3℃/min的速度升温到550℃后，改通氧气，维持3小时，即可制得纳米氧化铝空心球，
按照上述方法制备的纳米氧化铝空心球大小均一、可调，粒径范围在50-300nm，壁厚可控，壁厚在10-45nm之间，表面具有多孔结构。
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