CN105688796A - 一种片片堆积的棒状γ-Al2O3及其制备方法和应用 - Google Patents

一种片片堆积的棒状γ-Al2O3及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于污水净化领域。一种片片堆积的棒状γ-Al2O3，其特征在于，所述棒状γ-Al2O3是由片层相互堆叠组成的，且片与片之间的堆积孔为介孔；片层的厚度≤10nm。一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)称5.6g的碱性溶剂的水溶液，溶于50mL水中，室温下搅拌5min；(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的碱性溶剂的水溶液中，搅拌5min后静置；(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3。制备方法非常简单，且产量大，应用于吸附污水中的有机大分子，表现出高的吸附效率。

Description

一种片片堆积的棒状γ-Al2O3及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于污水净化领域，具体涉及一种污水净化吸附剂材料及其制备方法，该材料可作为在污水净化过程中的吸附剂材料。
背景技术
随着工业的发展，社会的进步，水污染益成为严峻的话题。工业废水和生活废水严重地影响着人们的生活环境和身体健康。在这种情况下，污水处理成为了科学家们研究的热点。具有等积孔的污水净化吸附剂材料，因其高的比表面积，高吸附效率，引起了广泛的关注。吸附剂自身的形貌和内部孔径大小，对吸附剂的吸附性能有很大的影响。孔径较大，形貌为片状的吸附剂，比表面积高，吸附效率也会相应增高。
微孔分子筛内部具有丰富微孔（<2nm）孔道，比表面积高，是用作吸附剂的理想材料。但是，因其孔道的孔径较小（<2nm），许多有机大分子不能被吸附，所以微孔在实际用作吸附剂方面受到了很大的限制。
1992年，Mobile公司的研究人员利用烷基季铵盐阳离子表面活性剂为模板，成功合成具有高比表面和规则孔道的有序介孔SiO2分子筛MCM-41，拉开了研究介孔材料的序幕。1998年，赵东元等人利用非离子性表面活性剂P123为模板，制备出二维六方有序介孔SBA-15介孔分子筛。SBA-15在孔径和孔壁上有所突破，材料的热稳定性和水热稳定性有了显著的提高。MCM-41和SBA-15因其具有较大的孔道（2-50nm），在吸附有机大分子方面，表现出优异的性能。
自发自组装形成的具有等积孔的棒状γ-Al2O3，因其特有的微孔-介孔结构，比表面积高，γ-Al2O3能够对水污染物（刚果红）有很好的吸附效率。更重要的是，在制备γ-Al2O3的过程中，不会产生对环境有害的污染物，且反应过程简单，操作可行，产率较高，是一种可批量生产的高吸附效率的吸附剂材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种片片堆积的棒状γ-Al2O3及其制备方法和应用，制备方法非常简单，且产量大，应用于吸附污水中的有机大分子时，表现出高的吸附效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种片片堆积的棒状γ-Al2O3（即一种高吸附效率的吸附剂材料），其特征在于，所述棒状γ-Al2O3是由片层相互堆叠组成的，且片与片之间的堆积孔为介孔；片层的厚度≤10nm。
根据上述技术方案，片片堆积的棒状γ-Al2O3（棒）的横截面直径约为600nm，棒长为2-9微米。
上述一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)称5.6g的碱性溶剂的水溶液，溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到稀释了的碱性溶剂的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝(TBOA)加入到步骤(1)得到的稀释了的碱性溶剂的水溶液中，搅拌5min后静置；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3（即一种高吸附效率的吸附剂材料）。
根据上述技术方案，步骤(1)所用的碱性溶剂可以是四乙基氢氧化铵(TEAOH)，四丙基氢氧化铵，四乙基溴化铵+氢氧化钠，四丙基溴化铵+氢氧化钠中的一种；四乙基溴化铵+氢氧化钠时，四乙基溴化铵与氢氧化钠之间为任意配比；四丙基溴化铵+氢氧化钠时，四丙基溴化铵与氢氧化钠之间为任意配比。
根据上述技术方案，步骤(1)所得到的稀释了的碱性溶剂的水溶液中，碱性溶剂（如：四乙基氢氧化铵）与水的摩尔比为1：83至1：609（水是“水溶液的水”与“50mL水”的水之和）。
根据上述技术方案，步骤(2)静置的时间为≥12h。
根据上述技术方案，煅烧温度制度能够保证Al(OH)3转变为γ-Al2O3而材料的结构不会发生变化即可。
根据上述方案制备的片片堆积的棒状γ-Al2O3作为污水处理吸附剂材料的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)该方法所需原料较之前报道的更加常见，本发明工艺简单环保，在室温下进行，能耗相当低。并且对反应容器没有特别的限定，反应安全稳定，重复性高，产量非常大，满足实际生产应用的要求。
(2)本发明可以通过调节四乙基氢氧化铵的浓度和仲丁醇铝的含量来调控γ-Al2O3的形貌，制备出多种形貌的γ-Al2O3。
(3)本发明制备制备的片片堆积的棒状γ-Al2O3，应用于污水处理，可吸附有机大分子，且吸附效率很高，表现出优异的吸附污染物的性能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例1中制得的γ-Al2O3的XRD图。
图2是本发明实施例1中制得的γ-Al2O3的SEM和TEM图。
图3是本发明实施例1中制得的γ-Al2O3的UV曲线图。
图4是本发明实施例2中制得的γ-Al2O3的SEM图。
图5是本发明实施例3中制得的γ-Al2O3的SEM图。
图6是本发明实施例4中制得的γ-Al2O3的SEM图。
图7是本发明实施例5中制得的γ-Al2O3的SEM图。
图8是本发明实施例1中片片堆积的棒状γ-Al2O3氮气吸附回滞曲线及孔径分布图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包含以下步骤：
(1)称5.6g的四乙基氢氧化铵的水溶液（浓度为25wt%），溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置48h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3（即一种高吸附效率的吸附剂材料）。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3，其X射线衍射图见图1。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，其SEM和TEM图见图2。氮气吸附脱附回滞曲线及孔径分布图谱显示，片与片之间的堆积孔为介孔，孔径大约为20nm，其氮气吸附脱附回滞曲线及孔径分布图谱见图8。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能；不同吸附时间的UV曲线如图3显示，吸附时间为0h、1h、2h对应的最高峰的吸附强度分别为2.5、0.75、0.25。由此可知片片堆积的棒状γ-Al2O3的吸附效率非常高。
实施例2：
一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包含以下步骤：
(1)称5.6g的四乙基氢氧化铵的水溶液（浓度为25wt%），溶于30mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置48h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3（即一种高吸附效率的吸附剂材料）。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，片与片之间的堆积孔为介孔，本实施例所得到的产物的SEM图见图4。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能。
实施例3：
一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包含以下步骤：
(1)称5.6g的四乙基氢氧化铵的水溶液（浓度为25wt%），溶于10mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置48h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，片与片之间的堆积孔为介孔，本实施例所得到的产物的SEM图见图5。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能。
实施例4：
一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包含以下步骤：
(1)称5.6g的四乙基氢氧化铵的水溶液（浓度为25wt%），溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置24h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，片与片之间的堆积孔为介孔，本实施例所得到的产物的SEM图见图6。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能。
实施例5：
一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包含以下步骤：
(1)称0.38g氢氧化钠和2g四乙基溴化铵，溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四乙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置48h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，片与片之间的堆积孔为介孔，本实施例所得到的产物的SEM图见图7。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能。
实施例6：
上述一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，包括如下步骤：
(1)称5.6g的四丙基氢氧化铵的水溶液（浓度为25wt%），溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到的稀释了的四丙基氢氧化铵的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的四丙基氢氧化铵的水溶液中，搅拌5min后静置48h；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3（即一种高吸附效率的吸附剂材料）。
本实施例所得到的产物经过X射线衍射分析确定为γ-Al2O3。扫描电镜和透射电镜分析结果显示，该产物为片片堆积的棒状结构，片的厚度约10nm，片与片之间的堆积孔为介孔。
将本实施例制得的片片堆积的棒状γ-Al2O3用作吸附剂材料，对污水中的刚果红进行吸附，表现出良好的吸附性能。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (7)

1.一种片片堆积的棒状γ-Al2O3，其特征在于，所述棒状γ-Al2O3是由片层相互堆叠组成的，且片与片之间的堆积孔为介孔；片层的厚度≤10nm。
2.根据权利要求1所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3，其特征在于，片片堆积的棒状γ-Al2O3的横截面直径约为600nm，棒长为2-9微米。
3.如权利要求1所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)称5.6g的碱性溶剂的水溶液，溶于50mL水中，室温下搅拌5min，得到稀释了的碱性溶剂的水溶液；
(2)将2.4g的仲丁醇铝加入到步骤(1)得到的稀释了的碱性溶剂的水溶液中，搅拌5min后静置；
(3)将得到的沉淀过滤、烘干，在550℃下煅烧4h，得到一种片片堆积的棒状γ-Al2O3。
4.根据权利要求3所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于步骤(1)所用的碱性溶剂可以是四乙基氢氧化铵，四丙基氢氧化铵，四乙基溴化铵+氢氧化钠，四丙基溴化铵+氢氧化钠中的一种；四乙基溴化铵+氢氧化钠时，四乙基溴化铵与氢氧化钠之间为任意配比；四丙基溴化铵+氢氧化钠时，四丙基溴化铵与氢氧化钠之间为任意配比。
5.根据权利要求3所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于：步骤(1)所得到的稀释了的碱性溶剂的水溶液中，碱性溶剂与水的摩尔比为1：83至1：609。
6.根据权利要求3所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的制备方法，其特征在于：步骤(2)静置的时间为≥12h。
7.如权利要求3所述的一种片片堆积的棒状γ-Al2O3的应用，其特征在于：制备的片片堆积的棒状γ-Al2O3作为污水处理吸附剂材料的应用。
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