CN113955781B - 一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，具体按照以下步骤实施：采用普遍易得生命力顽强的绿萝叶作为生物模板，首先进行模板的预处理及烘干，九水硝酸铝作为铝源，无水乙醇作为溶剂，均匀搅拌配置成前驱体浸渍溶液；将预处理生物模板浸渍在配制完成的前驱体溶液中。得到绿萝叶前驱体，进行有氧煅烧后随炉冷却得到绿萝叶遗态结构多孔氧化铝。本发明采用绿萝叶为模板和溶胶‑凝胶浸渍法来制备独具绿萝叶微观遗态结构的多孔氧化铝，对资源进行了合理利用，有效保护了环境。该法区别于水热合成法、化学气相沉积法等常见的制备多孔金属氧化物的手段，为研究者提供一种简单绿色的合成新方法。

Description

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝及其制备方法

技术领域

本发明属于无机非金属材料制备新方法技术领域，具体涉及一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝及其制备方法。

背景技术

遗态结构多孔金属氧化物由于其高比表面积、大孔径和良好的形貌和结构特性,被广泛用于催化、吸附、能量转化存储等领域，具有广泛的应用前景。常见的制备方法有：溶胶-凝胶法、水热合成法、化学气相沉积法等。

在工程及技术应用领域，溶胶-凝胶法已经广泛应用于制备多孔金属氧化物材料。该方法是将前驱体溶解于适合的溶剂，经过溶解或水解得到透明的溶液，通过凝胶化得到不同空间构型的结构，最后脱水、干燥和热处理得到目标产物。但是凝胶时间长，干燥时收缩会导致结构损坏。

水热合成法是在特制的密闭的高压反应釜中，主要以水或有机溶剂作为反应介质进行化学反应，在创造的高温高压环境下，从而使得通常情况下不溶或难溶物质重结晶的过程。该方法对实验的条件要求高、产率低，所以常与凝胶-溶胶法相结合制备金属氧化物。

利用金属化合物挥发的蒸汽，通过化学反应生成目标产物，在保护气体氛围下快速冷却，从而制备各类物质的纳米微粒，即化学气相沉积法，但该方法成本高，性价比不高。

模板法是合成多孔材料的重要方法之一，在模板表面包覆一层目标产物，“复制”模板的内部结构，再经过高温煅烧或化学溶解，得到与模板形态相似的结构性产物。多孔金属氧化物的特殊结构很大程度取决于其制备方法，多孔氧化铝在实际应用中逐渐向复杂结构的需求转变，本发明采用绿萝叶为模板制备所得的多孔氧化铝材料完美“复制”植物叶片经过多年进化的多层分级结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝及其制备方法，以解决现有技术制备遗态结构多孔金属氧化物时操作复杂、成本高、成品结构单一的缺点。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入氢氧化钠溶液中浸泡，取出冲洗干净后，放入盐酸溶液中浸泡，直至绿萝叶由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，再放入无水乙醇中浸泡后，取出烘干，得到绿萝叶模板；

S2：将九水硝酸铝和无水乙醇混合，在室温下搅拌，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中，取出清洗干净后，进行干燥处理；将干燥处理后的绿萝叶模板热处理后，冷却至室温后得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

进一步地，S1中的氢氧化钠溶液的浓度为2％～6％，盐酸溶液的浓度为5％～10％。

进一步地，S1中绿萝叶在氢氧化钠溶液中浸泡时间为24h～48h，在盐酸溶液中的浸泡时间为12h～24h；在无水乙醇中的浸泡时间为1h～6h。

进一步地，S2中氢氧化铝前驱体溶液的摩尔浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。

进一步地，S2中在室温下搅拌的时间为0.5h～3h。

进一步地，S3中绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液的时间为24h～48h。

进一步地，S3中干燥是在60℃～80℃下干燥6h～10h。

进一步地，S3中热处理采用有氧煅烧方式，有氧煅烧工艺参数为：温度为600℃～1200℃，保温时间为3h～8h，升温速率1℃/min～5℃/min。

进一步地，S3中冷却方式为随炉冷却。

本发明还公开了采用上述所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法制得的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，选用绿萝叶为生物模板，利用天然植物树叶(绿萝叶)的内在复杂结构为光合作用将太阳能转化为化学能提供保障和条件，使其非常适合捕捉和利用光能得到的多孔氧化铝具备光催化性能。同时绿萝叶生命力顽强遇水即活、种植广泛且叶片易得是作为生物模板的最佳选择之一；制备过程中采用无水乙醇浸泡绿萝叶，改变其叶片细胞的通透性，能使前驱体顺利进入植物组织结构中是保证晶体转变的前提；采用氢氧化钠溶液浸泡绿萝叶，能除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，使得前驱体牢牢附着在组织结构中保证原位生长；本发明提出的制备方法具有用料成本低，制备过程简单，绿色环保，成品率高的优点。

本发明还公开了采用上述方法制备得到的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝，该遗态结构多孔氧化铝利用绿萝叶的特殊结构，形成孔径均一，结构稳定的多孔结构。

附图说明

图1为本发明以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备路线图；

图2为本发明制备的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的扫描电镜图；

其中：a-60000倍下遗态结构氧化铝晶体的形貌；b-5000倍下遗态结构氧化铝复制的绿萝叶表面形貌；c-500倍下遗态结构氧化铝复制的绿萝叶多孔截面形貌；

图3为本发明制备的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的X射线衍射图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法的具体步骤如图1所示，首先将绿萝叶放入氢氧化钠溶液中浸泡，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净后，放入盐酸溶液中浸泡，完全置换出叶片中Mg²⁺直至绿萝叶由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，再放入无水乙醇中浸泡后，取出烘干，得到绿萝叶模板；将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中，取出进行干燥煅烧后得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例1

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入浓度为2％的氢氧化钠溶液中浸泡24h，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净，再放入浓度为5％的盐酸溶液中浸泡12h，完全置换出叶片中Mg²⁺直至叶片由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，最后在无水乙醇溶液中浸泡1h改善叶片细胞的通透性，烘干备用，得到绿萝叶模板；

S2：称取7.9g九水硝酸铝溶于200mL无水乙醇中，室温搅拌0.5h，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中24h，取出清洗干净后，再60℃烘箱干燥6h进行干燥处理；将干燥后的绿萝叶在有氧氛围下600℃煅烧，保温时间为3h，升温速率1℃/min，随炉冷却至室温，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例2

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入浓度为3％的氢氧化钠溶液中浸泡30h，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净，再放入浓度为6％的盐酸溶液中浸泡15h，完全置换出叶片中Mg²⁺直至叶片由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，最后在无水乙醇溶液中浸泡2h改善叶片细胞的通透性，烘干备用，得到绿萝叶模板；

S2：称取7.9g九水硝酸铝溶于200mL无水乙醇中，室温搅拌1h，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中30h，取出清洗干净后，再65℃烘箱干燥7h进行干燥处理；将干燥后的绿萝叶在有氧氛围下700℃煅烧，保温时间为4h，升温速率2℃/min，随炉冷却至室温，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例3

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入浓度为4％的氢氧化钠溶液中浸泡36h，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净，再放入浓度为7％的盐酸溶液中浸泡18h，完全置换出叶片中Mg²⁺直至叶片由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，最后在无水乙醇溶液中浸泡3h改善叶片细胞的通透性，烘干备用，得到绿萝叶模板；

S2：称取23.7g九水硝酸铝溶于200mL无水乙醇中，室温搅拌1.5h，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中36h，取出清洗干净后，再70℃烘箱干燥8h进行干燥处理；将干燥后的绿萝叶在有氧氛围下800℃煅烧，保温时间为5h，升温速率3℃/min，随炉冷却至室温，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例4

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入浓度为5％的氢氧化钠溶液中浸泡42h，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净，再放入浓度为8％的盐酸溶液中浸泡21h，完全置换出叶片中Mg²⁺直至叶片由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，最后在无水乙醇溶液中浸泡4h改善叶片细胞的通透性，烘干备用，得到绿萝叶模板；

S2：称取39.5g九水硝酸铝溶于200mL无水乙醇中，室温搅拌3h，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中40h，取出清洗干净后，再75℃烘箱干燥9h进行干燥处理；将干燥后的绿萝叶在有氧氛围下900℃煅烧，保温时间为6h，升温速率4℃/min，随炉冷却至室温，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例5

一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入浓度为6％的氢氧化钠溶液中浸泡48h，除去叶片含有的部分杂质，以增加叶片表面粗糙度和润湿性，取出冲洗干净，再放入浓度为10％的盐酸溶液中浸泡24h，完全置换出叶片中Mg²⁺直至叶片由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，最后在无水乙醇溶液中浸泡6h改善叶片细胞的通透性，烘干备用，得到绿萝叶模板；

S2：称取39.5g九水硝酸铝溶于200mL无水乙醇中，室温搅拌2.5h，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中48h，取出清洗干净后，再80℃烘箱干燥10h进行干燥处理；将干燥后的绿萝叶在有氧氛围下1000℃煅烧，保温时间为8h，升温速率5℃/min，随炉冷却至室温，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

实施例6

与实施例1不同的是，S1中，室温搅拌3h，S3中，在有氧氛围下1200℃煅烧，保温时间为8h，升温速率5℃/min，其他均与实施例1相同，得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。

本发明制备得到的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的扫描电镜图如图2所示，从图2可以看出制备的氧化铝叶片气孔结构仍清晰可见，凹坑和褶皱结构也完美的“复制”绿萝叶，所得的遗态结构氧化铝存在多孔结构且大小均匀。

本发明制备得到的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的X射线衍射图如图3所示，可看出制备所得的遗态结构多孔氧化铝与标准卡片PDE#74-1081匹配，晶型呈菱晶衍射且结晶性好。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将绿萝叶放入氢氧化钠溶液中浸泡，取出冲洗干净后，放入盐酸溶液中浸泡，直至绿萝叶由绿色变为棕黄色，取出冲洗干净，再放入无水乙醇中浸泡后，取出烘干，得到绿萝叶模板；

S2：将九水硝酸铝和无水乙醇混合，在室温下搅拌，得到氢氧化铝前驱体溶液；

S3：将绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液中，取出清洗干净后，进行干燥处理；将干燥处理后的绿萝叶模板热处理后，冷却至室温后得到一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝；

S2中氢氧化铝前驱体溶液的摩尔浓为0.1mol/L~0.3mol/L；

S3中热处理采用有氧煅烧方式，有氧煅烧工艺参数为：温度为600℃~1200℃，保温时间为3h~8h，升温速率为1℃/min~5℃/min；

S3中干燥是在60℃~80℃下干燥6h~10h。

2.根据权利要求1所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，S1中的氢氧化钠溶液的浓度为2%~6%，盐酸溶液的浓度为5%~10%。

3.根据权利要求1所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，S1中绿萝叶在氢氧化钠溶液中的浸泡时间为24h~48h，在盐酸溶液中的浸泡时间为12h~24h；在无水乙醇中的浸泡时间为1h~6h。

4.根据权利要求1所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，S2中在室温下搅拌的时间为0.5h~3h。

5.根据权利要求1所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，S3中绿萝叶模板浸入氢氧化铝前驱体溶液的时间为24h~48h。

6.根据权利要求1所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，S3中冷却方式为随炉冷却。

7.采用权利要求1~6中任意一项所述的一种以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝的制备方法制得的以绿萝叶为模板的遗态结构多孔氧化铝。