低共熔溶剂作用下γ-Al2O3的制备研究

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γ-Al2O3是重要的吸附和催化材料之一,水热/溶剂热法是制备γ-Al2O3纳米材料的有效手段之一。“环境友好溶剂”离子液体被用作模板剂,辅助合成多孔γ-Al2O3材料。但是,由于成本较高和潜在毒性等缺点,使其不能大规模应用。低共熔溶剂,又被叫作“类离子液体”。与离子液体对比,低共熔溶剂不仅具有类似的物化特性和结构可设计性,而且具有价格便宜和容易降解等优点,被誉为“21世纪的绿色溶剂”。基于此,本文以低共熔溶剂作为模板剂(或溶剂),首先合成具有一定尺寸、形貌的前驱体,然后焙烧制得表观形貌相同的γ-Al2O3纳米材料。主要考察水热温度、原料配比等参数对前驱体纳米结构及γ-Al2O3孔道特征的影响,以期得到特定形貌,均一尺寸的多孔γ-Al2O3纳米材料。本文首先在氯化胆碱/丙三醇体系中,以AlCl3·6H2O和(NH42CO3为原料,考察反应条件对前驱体纳米结构及γ-Al2O3多孔特征的影响。结果表明,反应条件影响产物的表观形貌和尺寸;120180℃下得到一维棒或线束状纳米结构;随温度升高,产物尺寸增大;温度升到200℃时,得到二维片状或三维花状纳米结构;体系内水量增加、原料量增加和先加水顺序,均使产物尺寸增大;Al(NO33·9H2O为铝源时,产物尺寸减小。前驱体经过600℃下焙烧2 h后,得到形貌相同的多孔γ-Al2O3。在n(DES):n(AlCl3):n((NH42CO3):n(H2O)=30:1:7:180,水热温度为150℃时得到线束状γ-Al2O3,其具有较大比表面积(207.1 m2/g)和优良孔道结构,对甲基橙吸附效率最高。氯化胆碱/尿素和氯化胆碱/三乙醇胺体系也被用于γ-Al2O3材料制备。Al(NO33·9H2O和(NH42CO3为原料,先加水条件下,合成前驱体及γ-Al2O3材料。结果表明,反应条件影响产物的表观形貌和尺寸;150200℃得到一维棒或线束状纳米结构,随温度升高,产物尺寸增大;水量逐渐增大时,产物尺寸由增大逐渐变得不均匀;原料量增大,产物尺寸增大。在氯化胆碱/尿素体系中,n(DES):n(Al(NO33):n((NH42CO3):n(H2O)=10:1:3:100、水热温度为150℃条件下,制备γ-Al2O3纳米棒,比表面积大(165.9m2/g),对甲基橙吸附效率较高。与其它两种低共熔溶剂相比,在水量一定条件下氯化胆碱/尿素中得到的纳米γ-Al2O3及前驱体尺寸更大。综上所述,通过调整低共熔溶剂种类、制备条件等,可以控制合成具有一定表观形貌和孔道结构的γ-Al2O3纳米材料。本工作为发展γ-Al2O3纳米材料制备新方法,提供了一定的理论基础和实践经验。
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