專利名稱：一種通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法
技術領域：
本發(fā)明屬無機納米結構材料領域，具體涉及一種通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制
備有序介孔氧化鋁的方法。
背景技術：
介孔材料是二十世紀九十年代初迅速興起的新型納米結構材料，由于其體現(xiàn)出許 多優(yōu)良性質(zhì)，一出現(xiàn)就受到了世界范圍內(nèi)化學、物理以及材料界的廣泛重視。在催化、吸附、 分離等領域具有廣泛的應用前景。 在催化領域，傳統(tǒng)的微孔催化劑由于較小的孔徑(< 2. 0nm)限制了其在有機大分 子參與或生成反應中的應用，而介孔分子篩的出現(xiàn)則可能有效的滿足這方面的需求，介孔 分子篩比表面積大、孔徑大且分布窄、孔徑在介孔范圍內(nèi)可調(diào)、以及在很廣的范圍內(nèi)(從無 機雜原子到有機官能團)可調(diào)節(jié)的活性組分，使其成為一種具有巨大應用潛力的催化劑或 催化劑載體，研究和開發(fā)介孔材料已成為當代催化領域的研究熱點，在催化領域的很多方 面如酸堿催化、氧化還原催化和聚合反應催化等都進行了廣泛的研究；另外，同傳統(tǒng)的微孔 吸附劑相比，介孔材料對氫氣、氮氣和揮發(fā)性烴等有較高的吸附能力，還被用來回收各種揮 發(fā)性有機污染物，在室溫下介孔材料即可大量的吸附揮發(fā)性污染物，達到飽和狀態(tài)后在熱 空氣中進行活化即得到濃縮3-10倍的揮發(fā)性有機物。借助介孔材料良好的吸附和催化性 能，人們開始它們應用于吸附及催化有害氣體轉化的綠色工藝研發(fā)。Cu0、 Fe203、 Co203、 Ce02 過渡金屬氧化物負載的非硅介孔材料如介孔氧化鋁，具有孔徑大和良好的表面酸性、吸附 性能、水熱穩(wěn)定性等突出的特點，具備較傳統(tǒng)氧化鋁和氧化硅載體更優(yōu)異的儲養(yǎng)和供養(yǎng)能 力，在負載貴金屬后，可望在汽車尾氣處理方面獲得重要應用。 目前國內(nèi)外介孔八1203的制備技術還處在于研究階段，其中大多數(shù)采用有機體系 合成有序介孔八1203，原料成本較高、整個制備流程要在無水環(huán)境中進行、操作復雜。而報道
的通過無機體系合成介孔ai2o3的方法中普遍采用了不能回收、循環(huán)利用的酸或堿作為ra
值調(diào)節(jié)劑，存在酸堿污染環(huán)境問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提出一種合成有序介孔氧化鋁的新工藝通過碳酸氫鈉溶液分解氧化 鋁生產(chǎn)工藝中的鋁酸鈉溶液制備，原料價廉、反應介質(zhì)可循環(huán)利用、工藝簡單、操作易控，易 于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，為介孔氧化鋁的合成提供一條具工業(yè)應用前景的新工藝。
本發(fā)明的技術方案如下 A.合成反應在恒定的溫度和持續(xù)攪拌狀態(tài)下，向NaA102溶液中(含模板劑)緩 慢加入一定量的NaHC03溶液，加料完畢后繼續(xù)保溫攪拌反應1-12小時；
B.過濾、洗滌將步驟A所得到的混合物進行真空抽濾和洗滌；
C.干燥將步驟B所得到的濾餅在20-15(TC下干燥；
D.煅燒將步驟C所得到的前驅體粉末置于馬弗爐中，在500-100(TC焙燒制得介
孔八1203。所述步驟A中描述的恒定溫度為40-9(TC，優(yōu)選溫度范圍為60-80°C。所述步驟A中描述的NaA102溶液濃度為0. 5-5. Omol/L，優(yōu)選濃度為2. 0-4. Omol/L。 所述步驟A中描述的NaHC03溶液濃度為0. 25-1. 25mol/L，優(yōu)選為1. 0-1. 2mol/L。
所述步驟A中描述的NaHC03與NaA102的分子比控制在O. 5 : 1_3. 0 : l，優(yōu)選分 子比為O. 8 : 1-2.5 : 1。 所述步驟A中描述的反應介質(zhì)NaHC03溶液反應完成生成碳酸鈉，然后通過與C02 反應再生后返回體系循環(huán)使用，再生循環(huán)利用反應原理如下
NaHC03+NaA102—+H20 —A1(0H)3 I +Na2C03
Na2C03+C02個+H20 — 2NaHC03 所述步驟B中洗滌過程不需要用有機溶劑如乙醇等，用去離子水洗滌即可。 本發(fā)明以一種通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的優(yōu)點在于較
目前國內(nèi)外已報道的合成有序介孔氧化鋁的方法相比，本發(fā)明以氧化鋁生產(chǎn)工藝中的鋁酸
鈉溶液等無機鋁鹽為鋁源降低原料成本、以可循環(huán)的NaHC03為ra調(diào)節(jié)劑，合成比表面積
大、孔徑分布窄、孔道呈蠕蟲狀的有序介孔氧化鋁，具有成本低、工藝簡單、操作易控、反應
介質(zhì)可循環(huán)利用等特點，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，得到的有序介孔氧化鋁在催化反應、吸附分 離等領域具有廣泛的應用前景。


圖1為本發(fā)明實施例1所制得樣品的廣角XRD圖
圖2為本發(fā)明實施例1所制得樣品的小角XRD圖
圖3為本發(fā)明實施例1所制得樣品的TEM圖 圖4本發(fā)明實施例1所制得樣品的N2吸附-脫附等溫線和孔分布圖
圖5本發(fā)明實施例5所制得樣品的N2吸附-脫附等溫線和孔分布圖
具體實施例方式
下面通過實例進一步描述本發(fā)明的特征，但本發(fā)明并不局限于下述實例.
實施例1 A.合成反應在70°C 、400rpm持續(xù)攪拌下，向30ml的4. Omol/L的NaA102溶液中 (含模板劑CTAB即十六烷基三甲基溴化銨21. 6g)，以3. Oml/min的速度緩慢加入1. 2mol/ L的NaHC03溶液330ml ，即控制NaHC03與NaA102的分子比為1. 1 : 1，合成體系中CTAB濃 度為60g/L，加料完畢繼續(xù)保溫攪拌反應6小時； B.過濾、洗滌將步驟A所得到的混合物進行真空抽濾后用去離子水洗滌；
C.干燥將步驟B所得到的濾餅在8(TC下干燥12小時； D.煅燒將步驟C所得到的前驅體粉末置于馬弗爐中，以IO(TC /小時的升溫速度 至65(TC后保持3小時，制得介孔A1203。 由本產(chǎn)品的廣角XRD圖(圖1)可知，本發(fā)明制備的介孔氧化鋁均為Y_A1203 ;本產(chǎn)品的小角XRD圖(圖2)和TEM圖(圖3)表明，該條件下制得產(chǎn)品為蠕蟲狀孔道結構的 有序介孔氧化鋁；本產(chǎn)品的N2吸附-脫附等溫線和孔分布圖(圖4)等溫線屬于典型的IV 曲線，H環(huán)較大，孔徑分布窄，表明產(chǎn)品介孔特征明顯，介孔有序性較強；產(chǎn)品的其它特性 比表面積為201. lm7g、孔容為0. 32cmVg、平均孔徑為3. 27nm。
實施例2 操作過程除以下步驟不同外，其余同實施例1。 A.合成反應在80°C 、500rpm持續(xù)攪拌下，向70ml的2. Omol/L的NaA102溶液中 (含模板劑CTAB 14. Og)，以1. Oml/min的速度緩慢加入1. 25mol/L NaHC03溶液280ml，即 控制NaHC03與NaA102的分子比為2. 5 : 1，合成體系中CTAB濃度為40g/L，加料完畢后繼 續(xù)保溫攪拌反應4小時； 制得的有序介孔氧化鋁產(chǎn)品的比表面積為216. 3m7g、孔容為0. 31cmVg、孔徑為 5. 68nm ;產(chǎn)品的XRD譜圖、TEM圖、N2吸附-脫附等溫線和孔分布與實施例1類似。
實施例3 A.合成反應在60°C 、600rpm持續(xù)攪拌下，向40ml的3. Omol/L的NaA102溶液中 (含模板劑CTAB 40g)，以1. 5ml/min的速度緩慢加入1. Omol/L的NaHC03溶液360ml ，即控 制NaHC03與NaA102的分子比為3. 0 : 1，合成體系中CTAB濃度為100g/L，加料完畢繼續(xù)保 溫攪拌反應5小時； B.過濾、洗滌將步驟A所得到的混合物進行真空抽濾和洗滌；
C.干燥將步驟B所得到的濾餅在IO(TC下干燥6小時； D.煅燒將步驟C所得到的前驅體粉末置于馬弗爐中，以200°C /小時的升溫速率 升溫至IOO(TC后保持2小時，制得介孔八1203。 此條件下制得的有序介孔氧化鋁產(chǎn)品的比表面積和孔分布比實施例1稍差，產(chǎn)品 的其它特性比表面積為175. 93m7g、孔容為0. 32cmVg、孔徑為3. 25nm。
實施例4 操作過程除以下步驟不同外，其余同實施例1。 A.合成反應在90°C 、300rpm持續(xù)攪拌下，向100ml的0. 5mol/L的NaA102溶液中 (含模板劑CTAB 5. 2g)，以2. Oml/min的速度緩慢加入0. 25mol/L的NaHC03溶液160ml ，即 控制NaHC03與NaA102的分子比為0. 8 : 1，合成體系中CTAB濃度為20g/L，加料完畢后繼 續(xù)保溫攪拌反應1小時； 產(chǎn)品的XRD譜圖、TEM圖、N2吸附-脫附等溫線和孔分布與實施例1類似；制得的 有序介孔氧化鋁產(chǎn)品的比表面積為192. 2m7g、孔容為0. 29cmVg、孔徑為3. 07nm。
實施例5 A.合成反應在40°C 、800rpm持續(xù)攪拌下，向80ml的5. Omol/L的NaA102溶液中 (含模板劑CTAB 14. Og)，以0. 5ml/min的速度緩慢加入1. Omol/L的NaHC03溶液200ml ，即 控制NaHC03與NaA102的分子比為0. 5 : 1，合成體系中CTAB濃度為50g/L，加料完畢繼續(xù) 保溫攪拌反應12小時； B.過濾、洗滌將步驟A所得到的混合物進行真空抽濾和洗滌；
C.干燥將步驟B所得到的濾餅在2(TC下干燥120小時； D.煅燒將步驟C所得到的前驅體粉末置于馬弗爐中，以60°C /小時的升溫速率升溫至50(TC后保持4小時，制得介孔A1203。 制得的有序介孔氧化鋁產(chǎn)品的比表面積為比表面積為147.8m7g、孔容為 0. 30cmVg、孔徑為8. 84nm。產(chǎn)品的N2吸附-脫附等溫線和孔分布如圖5所示.產(chǎn)品的XRD 譜圖、N2吸附-脫附等溫線與前實施例類似，具有有序介孔特征，但孔徑分布呈現(xiàn)雙峰分布， 平均孔徑較大。
權利要求
一種通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特征在于A.合成反應在恒定的溫度和持續(xù)攪拌狀態(tài)下，向鋁酸鈉溶液中(含模板劑)緩慢加入一定量的碳酸氫鈉溶液，加料完畢后繼續(xù)保溫攪拌反應1-12小時；B.過濾、洗滌將步驟A所得到的混合物進行真空抽濾和洗滌；C.干燥將步驟B所得到的濾餅在20-150℃下干燥；D.煅燒將步驟C所得到的前驅體粉末置于馬弗爐中，在500-1000℃焙燒制得介孔Al2O3。
2. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特 征在于所述步驟A中恒定溫度為40-9(TC，優(yōu)選溫度范圍為60-80°C。
3. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特 征在于所述步驟A中鋁酸鈉溶液濃度為0. 5-5. Omol/L，優(yōu)選濃度為2. 0-4. Omol/L。
4. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特 征在于所述步驟A中碳酸氫鈉溶液濃度為0. 25-1. 25mol/L，優(yōu)選為1. 0_1. 2mol/L。
5. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特 征在于所述步驟A中碳酸氫鈉與鋁酸鈉的分子比控制在0.5 : 1-3.0 : l，優(yōu)選分子比為o. 8 : 1-2.5:i。
6. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特 征在于所述步驟A中反應介質(zhì)碳酸氫鈉溶液反應完成后通過(A再生然后返回體系循環(huán) 使用。
7. 根據(jù)權利要求1所述的碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法，其特征在于所述步驟B中洗滌過程用去離子水洗滌。
全文摘要
本發(fā)明屬無機納米結構材料領域，具體涉及一種通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁的方法。本發(fā)明的特點在于，通過碳酸氫鈉分解鋁酸鈉溶液制備有序介孔氧化鋁；該方法具有原料成本低廉、反應介質(zhì)可循環(huán)利用、工藝簡單、操作易控等特點，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，得到的有序介孔氧化鋁在催化反應、吸附分離等領域具有廣泛的應用前景。
文檔編號C01F7/14GK101774618SQ20091024316
公開日2010年7月14日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者張亦飛, 張懿, 鐘莉 申請人:中國科學院過程工程研究所