CN101445260B - 一种多层介孔氧化铝纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层介孔氧化铝纤维及其制备方法，纤维的两端为闭合针尖状，纤维单独或成簇存在，纤维的直径为300～500nm，长度为5～10μm，长径比为10～30。通过氨气缓释剂和水热温度控制反应的速度，以模板剂聚乙二醇的层层自组装的方法，水热制备表面活性剂复合的中间产物，再经煅烧分解处理制得。本发明多层介孔氧化铝纤维，其特殊的多层介孔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。本发明多层介孔氧化铝纤维的制备方法工艺简单、操作安全，且成本低。
Description
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种纤维材料，具体涉及一种多层介孔氧化铝纤维材料，本发明还涉及该纤维的制备方法。
背景技术
氧化铝由于其本身所固有的特殊的性能，在催化剂载体、吸收剂、陶瓷和耐磨材料等领域有着广泛的应用。作为催化剂载体，传统方法制备的氧化铝载体由于其较低的比表面积而限制了其应用。因此，采用各种模板剂，如表面活性剂、四乙基乙二醇、葡萄糖和酒石酸等，制备高表面积氧化铝材料成为近年来的一大研究热点。同时，氧化铝的潜在应用不仅仅依赖于其多孔性，更与其微观形貌有着很大的关系。一维的氧化铝纳米结构材料因为其高的介电常数和高的热和化学稳定性而在高温复合材料和纳米技术领域备受青睐。现有的一维的氧化铝纳米结构材料有：以聚氧乙烯为模板剂的γ态氧化铝纳米纤维、条板状和棒状介孔氧化铝颗粒、以P123为模板剂的介孔氧化铝微米纤维。目前，一维氧化铝纳米结构的制备方法主要有催化剂辅助的气-液-固相沉积，化学刻蚀，溶胶凝胶，水热法和电化学阳极氧化等。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层介孔氧化铝纤维，通过氨气缓释剂和水热温度控制反应的速度，以模板剂聚乙二醇的层层自组装的方法，水热制备表面活性剂复合的中间产物，再经煅烧分解处理得到形状均一的多层介孔氧化铝纤维。
本发明的另一目的是提供一种上述多层介孔氧化铝纤维的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种多层介孔氧化铝纤维，纤维的两端为闭合针尖状，纤维单独或成簇存在，纤维的直径为300～500nm，长度为5～10μm，长径比为10～30。
本发明所采用的另一技术方案是，一种制备多层介孔氧化铝纤维的方法，具体按照以下步骤实施，
步骤1：按照摩尔比H2O：铝源物质为90～330，铝源物质：表面活性剂为50～100，取表面活性剂、铝源物质和水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，待表面活性剂和铝源物质完全溶解后，再加入氨气缓释剂，氨气缓释剂与铝源物质的摩尔比为1，得到混合溶液，所述的表面活性剂选取聚乙二醇-400、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000或聚乙二醇-20000中的一种，所述的铝源物质选取六水合三氯化铝或九水合硝酸铝中的一种或两种的混合物，所述的氨气缓释剂选取尿素或硫脲；
步骤2：将步骤1得到的混合溶液密封，在160℃条件下水热反应10～36小时，得到固体产物与母液的混合溶液；
步骤3：将步骤2得到的混合溶液中的固体产物与母液分离，洗涤分离出来的固体产物，并真空干燥，得到表面活性剂复合的中间体产物；
步骤4：将步骤3得到的表面活性剂复合的中间体产物煅烧，控制升温速率为2℃/min，待表面活性剂氧化分解后再次煅烧，得到多层介孔氧化铝纤维。
本发明多层介孔氧化铝纤维，其特殊的多层介孔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。本发明多层介孔氧化铝纤维的制备方法工艺简单、操作安全，且成本低。
附图说明
图1是本发明实施例一制得的多层介孔氧化铝纤维的扫描电镜照片，其中，a是放大1000倍的扫描电镜照片，b是放大5000倍的扫描电镜照片，c和d是放大30000倍的扫描电镜照片；
图2是本发明实施例二制得的多层介孔氧化铝纤维的透射电镜照片，其中，a和b是标尺长度为50nm的透射电镜照片；
图3是本发明实施例四制得的多层介孔氧化铝纤维的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明的多层介孔氧化铝纤维由多层氧化铝通过层层自组装而成，纤维的两端为闭合针尖状，纤维单独或成簇存在，纤维的直径为300～500nm，长度为5～10μm，长径比为10～30。
本发明制备多层介孔氧化铝纤维的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1：按照摩尔比H2O：铝源物质为90～330，铝源物质：表面活性剂为50～100，取表面活性剂、铝源物质和水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，待表面活性剂和铝源物质完全溶解后，再加入氨气缓释剂，氨气缓释剂与铝源物质的摩尔比为1，得到混合溶液；
步骤2：将步骤1得到的混合溶液转移到水热釜中密封，把装有混合溶液的水热釜放置于80～180℃的烘箱中，水热反应10～36小时，得到固体产物与母液的混合溶液；
步骤3：将步骤2得到的混合溶液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物；
步骤4：将步骤3得到的表面活性剂复合的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，使得中间产物转变为多层介孔氧化铝纤维。
在上述本发明多层介孔氧化铝纤维的制备过程中，所用的表面活性剂选自聚乙二醇-400、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000和聚乙二醇-20000中的一种；铝源物质选自六水合三氯化铝、九水合硝酸铝中的一种或两种的混合物；氨气缓释剂选自尿素、硫脲中的一种，尿素、硫脲在水热反应中可以缓慢的分解并释放出氨气。
实施例1
取16g聚乙二醇-20000、15g九水合硝酸铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取21.6g尿素，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合溶液，将混合溶液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。图1是所得到的多层介孔氧化铝纤维的扫描电镜照片。
实施例2
取4.8g聚乙二醇-6000、15g六水合三氯化铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取27.4g硫脲，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。图2是所得到的多层介孔氧化铝纤维的透射电镜照片。
实施例3
取1.6g聚乙二醇-2000、15g六水合三氯化铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取21.6g尿素，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。
实施例4
取3.2g聚乙二醇-4000、15g九水合硝酸铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取27.4g硫脲，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。图3是所得到的多层介孔氧化铝纤维的XRD图谱。
实施例5
取0.8g聚乙二醇-1000、15g九水合硝酸铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取21.6g尿素，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。
实施例6
取0.32g聚乙二醇-400、15g九水合硝酸铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取27.4g硫脲，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。
实施例7
取4.0g聚乙二醇-20000、3.75g六水合三氯化铝和九水合硝酸铝的混合物、60mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取5.4g尿素，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。
实施例8
取2.0g聚乙二醇-20000、3.75g九水合硝酸铝、65mL去离子水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，得到混合溶液，待铝盐完全溶解后，取6.8g硫脲，加入到混合溶液中，搅拌至无不容物。再将混合溶液转移至带有聚四氟乙烯内衬的水热釜中，将水热釜放入160℃的烘箱水热反应24小时，冷却后，得到固体产物与母液的混合液，将混合液中的固体产物与母液分离，用大量去离子水洗涤分离出来的固体产物，然后把固体产物放在80℃的真空干燥箱中，真空干燥12小时，得到表面活性剂复合的中间体产物，将所得到的中间体产物在空气浴中煅烧2小时，控制升温速率为2℃/min，使得表面活性剂氧化分解，随后在1100℃条件下煅烧中间体产物3小时，得到多层介孔氧化铝纤维。
表1是本发明多层介孔氧化铝纤维的X射线衍射的主要特征峰。
表1X射线衍射的主要特征峰
从表1可以看出，本发明多层介孔氧化铝纤维通过氨气缓释剂和水热温度控制反应的速度，以模板剂聚乙二醇的层层自组装的方法，水热制备表面活性剂复合的中间产物，再经煅烧分解处理得到形状均一的多层介孔氧化铝纤维。其特殊的多层介孔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。本发明多层介孔氧化铝纤维的制备方法工艺简单、操作安全，且成本低。
Claims (2)
1.一种多层介孔氧化铝纤维，其特征在于，纤维的两端为闭合针尖状，纤维单独或成簇存在，纤维的直径为300～500nm，长度为5～10μm，长径比为10～30。
2.一种制备权利要求1所述的多层介孔氧化铝纤维的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施，
步骤1：按照摩尔比H2O：铝源物质为90～330，铝源物质：表面活性剂为50～100，取表面活性剂、铝源物质和水，在20～40℃条件下搅拌混合均匀，待表面活性剂和铝源物质完全溶解后，再加入氨气缓释剂，氨气缓释剂与铝源物质的摩尔比为1，得到混合溶液，所述的表面活性剂选取聚乙二醇-400、聚乙二醇-1000、聚乙二醇-2000、聚乙二醇-4000、聚乙二醇-6000或聚乙二醇-20000中的一种，所述的铝源物质选取六水合三氯化铝或九水合硝酸铝中的一种或两种的混合物，所述的氨气缓释剂选取尿素或硫脲；
步骤2：将步骤1得到的混合溶液密封，在160℃条件下水热反应10～36小时，得到固体产物与母液的混合溶液；
步骤3：将步骤2得到的混合溶液中的固体产物与母液分离，洗涤分离出来的固体产物，并真空干燥，得到表面活性剂复合的中间体产物；
步骤4：将步骤3得到的表面活性剂复合的中间体产物煅烧，控制升温速率为2℃/min，待表面活性剂氧化分解后再次煅烧，得到多层介孔氧化铝纤维。
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