CN115465875B - 一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机功能材料领域，具体涉及一种重瓣空心花球状γ‑氧化铝微球及其制备方法，所述重瓣空心花球状γ‑氧化铝微球为空心花球状，其空心球壳是由密集的γ‑氧化铝薄片堆叠而成，这些薄片如花瓣一样穿插在一起形成一个重瓣花球，可有效提高γ‑氧化铝的比表面积，提高其表面活性、吸附性等。所述重瓣空心花球状γ‑氧化铝微球是通过加入聚丙烯酰胺表面活性剂，使用Al2(SO4)3·18H2O、尿素采用水热法获得前驱体，再经热处理后即可获得。本制备方法操作简单、安全，无需成球模板剂，以水为溶剂，直接将各种物质在溶液中混合，于水热环境下反应得到前驱体，对前驱体进行简单的热处理即可获得目标产物，该方法过程简便，适合工业化生产。

Description

一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球及其制备方法
技术领域
本发明属于无机功能材料领域，具体涉及一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球及其制备方法。
背景技术
γ-氧化铝属立方晶系，为多孔性、高分散度的固体物料，具有很大的比表面积，活性大，吸附性能好。它广泛用于吸附剂、脱水剂、汽车尾气净化剂；制备航天航空、兵器、电子、特种陶瓷等尖端材料的原料，石油化工和化学工业中用作催化剂或载体。纳米γ-氧化铝化学机械抛光浆料可用于集成电路生产过程中层间钨、铝、铜等金属布线材料及薄膜材料的表面平坦化，以及高级光学玻璃、石英晶体及各种宝石的化学机械抛光。
空心球材料作为一种新型材料，其明显的结构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，使其性能得到进一步的提升。空心球的制备方法有多种，如模板法、吸附技术、喷雾高温分解法、超声化学法、水热法、化学诱导自转变法等。
模板法能较好地控制产物的形貌，适用于制备氧化铝空心球，尤以采用含碳多聚糖微球(简称碳球)作为模板制备空心球的技术方法倍受关注。但是，该法制备过程一般需要先采用水热制备碳球，然后再进行离子吸附及氧化等系列处理步骤，操作程序较繁琐。另外，制备的空心球球体为光滑表面或表面如核桃状褶皱。
发明内容
本发明针对上述问题，提供了一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球及其制备方法。
所述重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，其空心球壳是由密集的γ-氧化铝薄片堆叠而成，这些薄片如花瓣一样穿插在一起形成一个重瓣花球，可有效提高γ-氧化铝的比表面积，提高其表面活性、吸附性等。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，所述微球由密集的γ-氧化铝薄片组成的空心球壳构成，所述微球的直径为4～6μm，空心球壁厚为0.9～2.0μm，比表面积为280～310m2/g，所述微球的制备方法中使用聚丙烯酰胺作为表面活性剂。
所述重瓣空心花球状，具体指γ-氧化铝晶体薄片如花瓣一样穿插堆叠在一起形成一个重瓣空心花球的形状。
本发明还提供上述重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，包括以下步骤：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O和尿素加入到去离子水中溶解，得到混合液A；再向混合液A中加入聚丙烯酰胺溶液，搅拌均匀得到混合液B；
(2)将所述混合液B转移至密闭容器中，并进行加热得到混合液C，将混合液C冷却，然后依次经过过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；
(3)将前驱体煅烧，得到重瓣空心花球状γ-氧化铝微球。
优选的，步骤(1)中所述Al2(SO4)3·18H2O、去离子水和尿素的质量比为3.1∶75∶1。
步骤(1)中的聚丙烯酰胺为表面活性剂，数均分子量为8.0×107～1.5×108，聚丙烯酰胺的添加会影响水热环境下铝离子、羟基等的离子堆积方式及形成晶体的形貌。
优选的，步骤(1)中混合液B中Al2(SO4)3·18H2O与聚丙烯酰胺的质量比为(830～248)∶1。
优选的，步骤(1)中搅拌时间为60min。
优选的，步骤(2)的密闭容器为压力釜；加热条件为在180℃下保温24h。
优选的，步骤(2)用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性。
优选的，步骤(2)干燥条件为于50℃下干燥24h。
优选的，步骤(3)煅烧条件为在马弗炉中于550℃下煅烧3h。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明制备的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，是通过加入聚丙烯酰胺表面活性剂，采用水热法获得前驱体，再经热处理后即可获得。本制备方法操作简单、安全，无需成球模板剂，以水为溶剂，直接将各种物质在溶液中混合，于水热环境下反应得到前驱体，对前驱体进行简单的热处理即可获得目标产物，该方法过程简便，适合工业化生产。
(2)本发明制备的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，具有特殊的结构形式，空心球壳由50～200nm的γ-氧化铝晶体片穿插构成重瓣花球状，与表面光滑或核桃褶皱的球壳相比可大大提高γ-氧化铝材料的比表面积，从而提高γ-氧化铝材料的表面活性、吸附性等性能。
附图说明
图1为实施例1制备的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球扫描电镜图片。
图2为实施例2制备的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球扫描电镜图片。
图3为实施例3制备的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球扫描电镜图片。
图4为对比例1制备的γ-氧化铝材料扫描电镜图片。
图5为对比例2制备的γ-氧化铝材料扫描电镜图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O(1.24g)和尿素(0.4g)加入到去离子水(30g)中溶解，得到混合液A(混合液A的体积与去离子水体积相比未有明显变化)；再向混合液A中加入数均分子量为8.0×107聚丙烯酰胺0.0015g，搅拌60min得到均匀混合液B；
(2)将所述混合液B在180℃压力釜中加热24h，得到混合液C，将混合液C冷却至室温后过滤，用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性，然后在50℃干燥24h，得到前驱体；
(3)将前驱体在550℃马弗炉中煅烧3h，得到重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，扫描电镜图片如图1所示。
实施例2：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O(1.24g)和尿素(0.4g)加入到去离子水(30g)中溶解，得到混合液A(混合液A的体积与去离子水体积相比未有明显变化)；再向混合液A中加入数均分子量为1.2×108聚丙烯酰胺0.0025g，搅拌60min得到均匀混合液B；
(2)将所述混合液B在180℃压力釜中加热24h，得到混合液C，将混合液C冷却至室温后过滤，用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性，然后在50℃干燥24h，得到前驱体；
(3)将前驱体在550℃马弗炉中煅烧3h，得到重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，扫描电镜图片如图2所示。
实施例3：
(1)将Al2(SO4)3·18H2O(1.24g)和尿素(0.4g)加入到去离子水(30g)中溶解，得到混合液A(混合液A的体积与去离子水体积相比未有明显变化)；再向混合液A中加入数均分子量为1.5×108聚丙烯酰胺0.0050g，搅拌60min得到均匀混合液B；
(2)将所述混合液B在180℃压力釜中加热24h，得到混合液C，将混合液C冷却至室温后过滤，用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性，然后在50℃干燥24h，得到前驱体；
(3)将前驱体在550℃马弗炉中煅烧3h，得到重瓣空心花球状γ-氧化铝微球，扫描电镜图片如图3所示。
通过扫描电镜分析可得，由实施例1～3制得的微球的直径为4～6μm，空心球壁厚为0.9～2.0μm，比表面积为280～310m2/g。
对比例1
(1)将Al2(SO4)3·18H2O(1.24g)和尿素(0.4g)加入到去离子水(30g)中溶解，得到混合液A(混合液A的体积与去离子水体积相比未有明显变化)；再向混合液A中加入数均分子量为1.2×108聚丙烯酰胺0.0014g，搅拌60min得到均匀混合液B；
(2)将所述混合液B在180℃压力釜中加热24h，得到混合液C，将混合液C冷却至室温后过滤，用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性，然后在50℃干燥24h，得到前驱体；
(3)将前驱体在550℃马弗炉中煅烧3h，得到的产物γ-氧化铝材料的形貌呈散碎的片状或片状的聚集体，但不能形成重瓣空心花球状，扫描电镜图片如图4所示。
对比例2
(1)将Al2(SO4)3·18H2O(1.24g)和尿素(0.4g)加入到去离子水(30g)中溶解，得到混合液A(混合液A的体积与去离子水体积相比未有明显变化)；再向混合液A中加入数均分子量为1.5×108聚丙烯酰胺0.0052g，搅拌60min得到均匀混合液B；
(2)将所述混合液B在180℃压力釜中加热24h，得到混合液C，将混合液C冷却至室温后过滤，用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性，然后在50℃干燥24h，得到前驱体；
(3)将前驱体在550℃马弗炉中煅烧3h，得到的产物γ-氧化铝材料的形貌呈片状晶体的聚集体，但不能形成重瓣空心花球状，扫描电镜图片如图5所示。
实施例1～3的混合液B中Al2(SO4)3·18H2O与聚丙烯酰胺的质量比为(830～248):1，而对比例1混合液B中Al2(SO4)3·18H2O与聚丙烯酰胺的质量比为886:1，表面活性剂聚丙烯酰胺用量太少，使得制备的产物不能呈重瓣空心花球状，而是呈散碎的片状或片状的聚集体，比表面积为212m2/g；而对比例2混合液B中Al2(SO4)3·18H2O与聚丙烯酰胺的质量比为238:1，表面活性剂聚丙烯酰胺用量太多，使得制备的产物不能呈重瓣空心花球状，而是片状晶体的聚集体，比表面积为208m2/g。

Claims (5)

1.一种重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将Al2(SO4)3·18H2O和尿素加入到去离子水中溶解，得到混合液A；再向混合液A中加入聚丙烯酰胺溶液，搅拌均匀得到混合液B；
（2）将所述混合液B转移至密闭容器中，并进行加热得到混合液C，将混合液C冷却，然后依次经过过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；
（3）将前驱体煅烧，得到重瓣空心花球状γ-氧化铝微球；
所述微球为重瓣空心花球状，由空心球壳构成，所述空心球壳由密集的γ-氧化铝薄片通过穿插堆叠而成，所述微球的直径为4～6μm，壁厚为0.9～2.0μm，比表面积为280～310m2/g；所述微球的制备过程中采用聚丙烯酰胺作为表面活性剂；
步骤（1）中所述Al2(SO4)3·18H2O、去离子水和尿素的质量比为3.1:75:1；
步骤（1）中所述混合液B中Al2(SO4)3·18H2O与聚丙烯酰胺的质量比为（830～248）∶1，聚丙烯酰胺的数均分子量为8.0×107～1.5×108；
步骤（2）中所述的密闭容器为压力釜；加热条件为在180℃下保温24h。
2.根据权利要求1所述的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述搅拌时间为60min。
3.根据权利要求1所述的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述洗涤方法为用去离子水将过滤得到的固体洗涤至中性。
4.根据权利要求1所述的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述干燥条件为于50℃下干燥24h。
5.根据权利要求1所述的重瓣空心花球状γ-氧化铝微球的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述煅烧条件为在马弗炉中于550℃下煅烧3h。
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