專利名稱：一種多孔納米氧化鋁空心球的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔納米氧化鋁空心球的制備方法，尤其涉及一種球形規(guī)整的納 米氧化鋁空心球的制備方法。
背景技術(shù)：
納米空心球的特殊性能如密度小、比表面積大、熱穩(wěn)定性高、折射率低和表面滲透 性好以及較大的內(nèi)部空間等而受到越來越多的關(guān)注和研究。廣泛地應(yīng)用于藥物緩釋/控釋 系統(tǒng)、色譜分離、催化劑與催化劑載體、抗反射表面涂層、微反應(yīng)器、傳感器、光電材料以及 太陽能電池和可充電電池等眾多領(lǐng)域。目前空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料的制備方法主要有模板法、 層層自組裝和微乳液聚合法。這些方法一般都要經(jīng)過過濾、清洗、煅燒、溶劑溶解等繁瑣的 工藝而不利于工業(yè)化生產(chǎn)。且用這些方法制備的產(chǎn)品內(nèi)徑都在200nm以上，很難制備出真 正粒徑<100nm的無機(jī)材料納米空心球。利用模板法制備空心球時，經(jīng)過煅燒或溶劑溶解等 工藝去除模板后殼材料的形貌和性能都會受很大影響，很多無機(jī)材料空心球的制備，如ZnO 等，在煅燒去除有機(jī)模板的過程中，都會出現(xiàn)嚴(yán)重團(tuán)聚或晶粒生長的現(xiàn)象，難以控制最終產(chǎn) 品的結(jié)構(gòu)和形貌。相對于其他空心結(jié)構(gòu)無機(jī)材料的制備方法而言，噴霧燃燒法合成空心球 粒徑較小，空心率高，結(jié)構(gòu)及晶型易于控制，是制備納米空心球材料的重要方法，也是最有 工業(yè)化前景的制備方法之一。本專利利用噴霧燃燒反應(yīng)器，以硝酸鋁為原料，制備了顆粒粒 徑50 90nm、殼層厚度10 20nm的多孔氧化鋁空心球，球形規(guī)整。在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，催化 劑和催化劑載體等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種噴霧燃燒制備多孔納米氧化鋁空心球方法，以克服現(xiàn) 有技術(shù)的上述缺陷。本發(fā)明的構(gòu)思是這樣的前驅(qū)體溶液經(jīng)霧化后進(jìn)入高溫火焰，乙醇沸點為78°C， 硝酸鋁在200°C以上開始分解，乙醇蒸發(fā)燃燒，液滴濃縮直徑不斷減小，在液滴內(nèi)部形成濃 度梯度，氣液界面硝酸鋁濃度高，中心濃度低，當(dāng)表面濃度達(dá)到過飽和濃度，硝酸鋁開始析 出在表面上沉積同時分解生成氧化鋁殼層，內(nèi)部溫度不斷升高，乙醇進(jìn)一步蒸發(fā)燃燒，溶質(zhì) 不斷向界面擴(kuò)散形成空心的核，進(jìn)一步燒結(jié)結(jié)晶形成產(chǎn)品多孔納米氧化鋁空心球。前驅(qū)體 溶液中添加表面活性劑輔助噴霧熱解聚乙二醇(例如，PEG-2000)作為非離子表面活性劑 可以降低溶液的表面張力與粘度，得到直徑較小的噴霧液滴，小的噴霧液滴較大的液滴在 高溫氣流中的穩(wěn)定性高；同時較長的高分子鏈上活潑的氧元素O與金屬離子Al3+之間強(qiáng)烈 的化學(xué)鍵合使得液滴界面湍動較小，減小液滴碰撞與破碎，使得最終產(chǎn)品氧化鋁空心球球 形規(guī)整；聚乙二醇與Al3+在界面有序排列，在高溫火焰中燃燒分解后形成殼層的介孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一種多孔納米氧化鋁空心球的制備方法，包括如下步驟
將含有硝酸鋁和聚乙二醇的乙醇溶液由液體進(jìn)料泵定量輸送至霧化器，經(jīng)由擴(kuò)散氣體 輔助霧化為微米級小液滴進(jìn)入高溫火焰，在燃燒室內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)、燃燒、分解反應(yīng)，并最后生成所述多孔納米氧化鋁空心球；所述反應(yīng)溫度為1500 2300°C ；
同時，總氣量為2. 35 2. 6m3/h的空氣和氫氣點燃后在中心火焰外部形成環(huán)形輔助火焰。以硝酸鋁計的乙醇溶液的摩爾濃度為0. 35 0. 5 mol/L,以聚乙二醇計的乙醇溶 液的摩爾濃度為0. 1 0. 2 mol/L。所述擴(kuò)散氣體的流量和所述乙醇溶液的進(jìn)料量分別為200 300 L/h和2 3 ml/
mirio所述多孔納米氧化鋁空心球的表面孔徑為2 3 nm，顆粒直徑為50 90 nm，殼 層厚度為10 20 nm。所述硝酸鋁是Al (NO3) 3 · 9H20。所述多孔納米氧化鋁空心球顆粒經(jīng)由安置在所述燃燒室頂部的濾袋器進(jìn)行收集。所述聚乙二醇是PEG-2000。


圖1為產(chǎn)品氧化鋁納米空心球電鏡照片，其中，(a)、(b)分別是氧化鋁納米空心球 TEM、SEM 照片；
圖2為產(chǎn)品氧化鋁納米空心球N2吸附特性曲線。
具體實施例方式下面，通過以下實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，它將有助于理解本發(fā)明，但并不限 制本發(fā)明的內(nèi)容。實施例1
硝酸鋁的乙醇溶液(摩爾濃度為0.5 mol/L，進(jìn)料量3 ml/min)，PEG-2000摩爾濃度0. 01 mol/L (表面張力σ=23. 7 mN/m，粘度1^=0.00356 pa ，由液體進(jìn)料泵定量輸送霧化器， 經(jīng)由擴(kuò)散氣體(空氣，200 L/h)輔助霧化為微米級小液滴進(jìn)入燃燒反應(yīng)器，總氣量2. 38 m3/h 的空氣和氫氣點燃后形成環(huán)形輔助火焰，液滴在高溫火焰中不斷蒸發(fā)燃燒，直徑不斷減小， 硝酸鋁在表面富集，當(dāng)濃度達(dá)到過飽和濃度時開始析出，分解形成多孔納米氧化鋁空心球 (圖1)，表面孔徑2 3歷，空心球顆粒直徑為50 90 nm (平均直徑為80 nm)，殼層厚度 10 15 nm;比表面積為38.401 m2/g，總孔容為0.142 cm3/g (圖2中圓形標(biāo)記曲線)。實施例2
硝酸鋁的乙醇溶液(摩爾濃度為0.35 mol/L，進(jìn)料量2 ml/min)，PEG-2000摩爾濃度 0. 015 mol/L ( σ =23. 4 mN/m, μ L=0. 00264 pa · s)，由液體進(jìn)料泵定量輸送至霧化器，經(jīng)由 擴(kuò)散氣體(空氣，300 L/h)輔助霧化為微米級小液滴進(jìn)入燃燒反應(yīng)器，總氣量為2. 38 m3/h 的空氣和氫氣點燃后形成輔助火焰，液滴在高溫火焰中不斷蒸發(fā)燃燒，直徑不斷減小，硝酸 鋁在表面富集，濃度達(dá)到過飽和濃度開始析出，分解形成多孔納米氧化鋁空心球，表面孔徑 2 3 nm，空心球顆粒直徑為50 90 nm(平均直徑為60 nm)，殼層厚度10 15 nm ；比表 面積為31.229 m2/g，總孔容為0. 126 cm3/g (圖2中方形標(biāo)記曲線)。實施例3
硝酸鋁的乙醇溶液(摩爾濃度為0.5 mol/L，進(jìn)料量3 ml/min)，PEG-2000摩爾濃度0. 01mol/L ( σ =23. 7 mN/m, μ L=0. 00356 pa · s)，由液體進(jìn)料泵定量輸送霧化器，經(jīng)由擴(kuò)散氣體 (空氣，200 L/h)輔助霧化為微米級小液滴進(jìn)入燃燒反應(yīng)器，總氣量2. 57 m3/h的空氣和氫氣 點燃后形成環(huán)形輔助火焰，液滴在高溫火焰中不斷蒸發(fā)燃燒，直徑不斷減小，硝酸鋁在表面 富集，當(dāng)濃度達(dá)到過飽和濃度時開始析出，分解形成多孔納米氧化鋁空心球，表面孔徑2 3 nm，空心球顆粒直徑為50 90 nm(平均直徑為70 nm)，殼層厚度15 20 nm ；比表面積 為21. 427 m2/g，總孔容為0. 093 cm3/g (圖2中菱形標(biāo)記曲線)。
權(quán)利要求
一種多孔納米氧化鋁空心球的制備方法，其特征在于，包括如下步驟將含有硝酸鋁和聚乙二醇的乙醇溶液由液體進(jìn)料泵定量輸送至霧化器，經(jīng)由擴(kuò)散氣體輔助霧化為微米級小液滴進(jìn)入高溫火焰，在燃燒室內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)、燃燒、分解反應(yīng)，并最后生成所述多孔納米氧化鋁空心球；所述反應(yīng)溫度為1500～2300℃；同時，總氣量為2.35～2.6 m3/h的空氣和氫氣點燃后在中心火焰外部形成環(huán)形輔助火焰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以所述硝酸鋁計的乙醇溶液的摩爾 濃度為0. 35 0. 5 mol/L,以所述聚乙二醇計的乙醇溶液的摩爾濃度為0. 1 0. 2 mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述擴(kuò)散氣體的流量和所述乙醇溶 液的進(jìn)料量分別為200 300 L/h和2 3 ml/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述多孔納米氧化鋁空心球的表面 孔徑為2 3 nm，顆粒直徑為50 90 nm，殼層厚度為10 20 nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述硝酸鋁是A1(N03)3 9H20。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述多孔納米氧化鋁空心球顆粒經(jīng) 由安置在所述燃燒室頂部的濾袋器進(jìn)行收集。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述聚乙二醇是PEG-2000。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種噴霧燃燒制備多孔納米氧化鋁空心球的方法。包括如下步驟將一定比例的硝酸鋁(Al(NO3)3·9H2O)和聚乙二醇(PEG-2000)溶于乙醇作為前驅(qū)體溶液，前軀體溶液經(jīng)霧化后進(jìn)入燃燒反應(yīng)室，硝酸鋁在氫氧焰中分解生成產(chǎn)品氧化鋁納米空心球，經(jīng)由濾袋器進(jìn)行收集。本發(fā)明由于僅經(jīng)過燃燒一步工藝過程即得到產(chǎn)品氧化鋁空心球，無需經(jīng)過煅燒或溶劑溶解等復(fù)雜的處理過程，設(shè)備簡單，可控程度高，易于工業(yè)化生產(chǎn)；且產(chǎn)品氧化鋁空心球粒徑為50～90nm，殼層厚度為10～20nm，表面多孔，孔徑2～3nm，球形結(jié)構(gòu)規(guī)整。
文檔編號C01F7/30GK101983923SQ20101057399
公開日2011年3月9日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者丁宏秋, 李春忠, 胡彥杰 申請人:華東理工大學(xué)