CN114477252A - 一种Al2O3纳米片的制备及其修饰方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种Al2O3纳米片的制备及其修饰方法，该制备方法包括：以氧化石墨烯为模板，利用铝源的水解生成GO/Al(OH)x前驱体，GO/Al(OH)x前驱体通过高温煅烧去除模板，得到γ‑Al2O3纳米片。该修饰方法包括：将γ‑Al2O3纳米片与Tris‑HCl缓冲液混合，超声后向混合溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌后抽滤、冻干得到PDA/γ‑Al2O3纳米片。本发明采用GO模板法制备的γ‑Al2O3纳米片具有超大的比表面积，可充分发挥γ‑Al2O3材料的吸附、催化性能；本发明使用PDA进行修饰改善其在水中的分散性使用聚多巴胺对γ‑Al2O3纳米片表面进行修饰，有效的改散了其在水中的分散稳定性。

Description

一种Al2O3纳米片的制备及其修饰方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体是一种Al2O3纳米片的制备及其修饰方法。
背景技术
γ-Al2O3纳米片是一种应用前景十分广阔的材料，其具有比表面积大、强度高、吸附性能好和耐高温等优异性能，可用于催化剂的载体、重金属离子的吸附或者是陶瓷材料的增强相。
目前，Al2O3纳米片常用的制备方法有熔盐法。熔盐法制备的Al2O3纳米片具有形貌均一、产量高和制备工艺简单等优势，但是其制备的纳米片厚度较厚(约为100～200nm)，故其无法发挥纳米片比表面积高的优势，而且采用熔盐法制备的Al2O3纳米片是α相，不具备γ相在催化剂载体或者重金属离子吸附等方面具有的优势。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的提供一种Al2O3纳米片的制备及其修饰方法，使用模板法制备的γ-Al2O3纳米片具有非常大的比表面积，可以充分发挥γ-Al2O3材料的性能，同时使用PDA进行修饰改善其在水中的分散性。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种γ-Al2O3纳米片的制备方法，包括：以氧化石墨烯为模板，利用铝源的水解生成GO/Al(OH)x前驱体，GO/Al(OH)x前驱体通过高温煅烧去除模板，得到γ-Al2O3纳米片。
进一步的，所述铝源为AlCl3、Al2(SO4)3以及Al(NO3)3的一种或者几种的混合。
进一步的，所述铝源的水解程度通过调节PH和水浴温度控制。
进一步的，通过加入尿素的含量调节PH值。
进一步的，所述铝源的物质的量为0.005～0.015mol，加入的所述尿素的物质的量0.01～0.05mol。
进一步的，所述水浴温度为75～95℃，搅拌时间为1～3h。
进一步的，所述高温煅烧温度为750～950℃，煅烧时间为1～5h。
一种如权上所述方法制备的γ-Al2O3纳米片的修饰方法，将5～10mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl缓冲液混合，超声10min，向混合溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌1～5h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
进一步的，所述Tris-HCl的PH＝8.5，浓度为10mmol/L。
进一步的，向混合溶液中加入盐酸多巴胺的质量为60～80mg。
本发明的有益效果为：
1、采用GO模板法制备了超薄的γ-Al2O3纳米片，纳米片具有超大的比表面积，可充分发挥γ-Al2O3材料的吸附、催化性能和其它性能；
2、由于纳米片比表面能较大和表面缺乏亲水基团导致其极易在水中发生团聚从而沉降，故本发明使用PDA进行修饰改善其在水中的分散性使用聚多巴胺对γ-Al2O3纳米片表面进行修饰，有效的改散了其在水中的分散稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的γ-Al2O3的SEM图；
图2为本发明实施例2制备的PDA/γ-Al2O3的SEM图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种-Al2O3纳米片的制备方法，其以氧化石墨烯为模板，利用Al3+的水解生成GO/Al(OH)x前驱体，GO/Al(OH)x前驱体通过高温煅烧去除模板，得到γ-Al2O3纳米片。
所述γ-Al2O3纳米片的制备方法的具体实施步骤如下：
1)将0.005～0.015mol铝源和0.01～0.05mol尿素溶解于水混合搅拌均匀得到混合溶液，超声10～30min；其中，所述铝源可为AlCl3、Al2(SO4)3以及Al(NO3)3的一种或者几种的混合，Al3+的水解程度通过调节PH和水浴温度控制。
2)超声后，向混合溶液中加入3～10ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液，得到前驱体溶液；
3)将前驱体溶液置于温度为75～95℃的水浴锅中加热搅拌1～3h后，离心、冻干得到GO/Al(OH)x纳米片；
4)将GO/Al(OH)x纳米片在750～950℃的温度下煅烧1～5h，去除氧化石墨烯模板，得到γ-Al2O3纳米片。
本发明实施例还提供一种上述γ-Al2O3纳米片的修饰方法，包括：
将5～10mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl(PH＝8.5，浓度为10mmol/L)缓冲液混合，超声10min，向混合溶液中加入60～80mg盐酸多巴胺，搅拌1～5h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
盐酸多巴胺在PH＝8.5的环境下容易发生自聚合生成聚多巴胺的特性，使γ-Al2O3纳米片表面生长出聚多巴胺颗粒，聚多巴胺含有大量的亲水基团，可以有效地改善纳米片在水中的分散性。
下面以2个具体实例为例进行说明：
实施例1：
1)将0.01mol AlCl3和0.05mol尿素溶解于水混合搅拌均匀得到混合溶液，超声10min。
2)超声后，往混合溶液中加入3ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液，得到前驱体溶液。
3)将前驱体溶液置于温度为90℃的水浴锅中加热搅拌1.5h后，离心、冻干得到GO/Al(OH)x纳米片。
4)GO/Al(OH)x纳米片在800℃的温度下煅烧3h，去除氧化石墨烯模板，得到γ-Al2O3纳米片。
5)5mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl(PH＝8.5，浓度为10mmol/L)缓冲液混合，超声10min。
6)往5)中所述混合溶液加入60mg的盐酸多巴胺，搅拌3h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
对γ-Al2O3纳米片进行形貌表征，如图1所示，用模板法制备的γ-Al2O3纳米片其厚度为数个纳米，横向尺寸在数十个微米左右，具有非常大的比表面积。
实施例2：
1)将0.015mol Al2(SO4)3和0.03mol尿素溶解于水混合搅拌均匀得到混合溶液，超声10min。
2)超声后，往混合溶液中加入5ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液，得到前驱体溶液。
3)前驱体溶液置于温度为95℃的水浴锅中加热搅拌4h后，离心、冻干得到GO/Al(OH)x纳米片。
4)GO/Al(OH)x纳米片在900℃的温度下煅烧4h，去除氧化石墨烯模板，得到γ-Al2O3纳米片。
5)10mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl(PH＝8.5，浓度为10mmol/L)缓冲液混合，超声10min。
6)往5)中所述混合溶液加入60mg的盐酸多巴胺，搅拌4h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
对聚多巴胺修饰后的γ-Al2O3纳米片进行形貌观察，如图2所示，经过修饰后的纳米片略有变厚，且表面会长出许多聚多巴胺颗粒。
实施例3：
1)将0.005mol Al(NO3)3和0.05mol尿素溶解于水混合搅拌均匀得到混合溶液，超声10min。
2)超声后，往溶液溶液中加入5ml浓度为2mg/ml的氧化石墨烯溶液，得到前驱体溶液。
3)前驱体溶液置于温度为95℃的水浴锅中加热搅拌3h后，离心、冻干得到GO/Al(OH)x纳米片。
4)GO/Al(OH)x纳米片在1000℃的温度下煅烧4h，去除氧化石墨烯模板，得到γ-Al2O3纳米片。
5)10mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl(PH＝8.5，浓度为10mmol/L)缓冲液混合，超声10min。
6)往5)中所述混合溶液加入70mg的盐酸多巴胺，搅拌2h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
上述实施例中，前驱体溶液为氧化石墨烯、尿素和铝盐的混合溶液；搅拌方式为磁力搅拌；所述氧化石墨烯模板由Hummer法制备，Hummer法指使用浓硫酸和高锰酸钾对鳞片石墨进行氧化插层，增大石墨片层间距，之后超声使片层分离得到氧化石墨烯。
本发明采用GO模板法制备了超薄的γ-Al2O3纳米片，纳米片具有超大的比表面积，可充分发挥γ-Al2O3材料的吸附、催化性能和其它性能；另外，本发明使用PDA进行修饰改善其在水中的分散性使用聚多巴胺对γ-Al2O3纳米片表面进行修饰，有效的改散了其在水中的分散稳定性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，包括：以氧化石墨烯为模板，利用铝源的水解生成GO/Al(OH)x前驱体，GO/Al(OH)x前驱体通过高温煅烧去除模板，得到γ-Al2O3纳米片。
2.如权利要求书1所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，所述铝源为AlCl3、Al2(SO4)3以及Al(NO3)3的一种或者几种的混合。
3.如权利要求书1所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，所述铝源的水解程度通过调节PH和水浴温度控制。
4.如权利要求书3所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，通过加入尿素的含量调节PH值。
5.如权利要求书4所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，所述铝源的物质的量为0.005～0.015mol，加入的所述尿素的物质的量0.01～0.05mol。
6.如权利要求书3所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，所述水浴温度为75～95℃，搅拌时间为1～3h。
7.如权利要求书1所述的γ-Al2O3纳米片的制备方法，其特征在于，所述高温煅烧温度为750～950℃，煅烧时间为1～5h。
8.一种如权利要求书1-7中任一项所述方法制备的γ-Al2O3纳米片的修饰方法，其特征在于，将5～10mgγ-Al2O3纳米片与50ml Tris-HCl缓冲液混合，超声10min，向混合溶液中加入盐酸多巴胺，搅拌1～5h后，抽滤、冻干得到PDA/γ-Al2O3纳米片。
9.如权利要求书8所述的γ-Al2O3纳米片的修饰方法，其特征在于，所述Tris-HCl的PH＝8.5，浓度为10mmol/L。
10.如权利要求书8所述的γ-Al2O3纳米片的修饰方法，其特征在于，向混合溶液中加入盐酸多巴胺的质量为60～80mg。
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