一种核壳结构的氧化铝微球及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201510761642.8 | 申请日 | 2015-11-11 | 公开(公告)号 | CN106673033A | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院; | 发明人 | 季洪海; 王少军; 凌凤香; 沈智奇; 杨卫亚; 王丽华; 郭长友; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 核壳结构 的 氧 化 铝 微球及其制备方法。该氧化铝微球具有如下性质：核壳结构的氧化铝微球的直径为3~5μm， 外壳 壳层厚度为0.5~1μm，由晶粒尺寸为0.2~0.5μm、厚0.05-0.1μm的片状氧化铝组装而成，片状氧化铝相互穿插组装成花状结构， 内核 直径为2~4μm，由直径为10-20nm的颗粒状氧化 铝粒 子紧密堆积而成。本发明的核壳结构的氧化铝微球的制备方法，包括：将AlCl3·6H2O、尿素和环氧烷 烃 溶解于无 水 乙醇 中，在密闭反应器中进行反应，反应结束后，将沉淀过滤、洗涤、干燥和 焙烧 ，得到核壳结构氧化铝微球。本发明核壳结构氧化铝微球纯度高、成本低、粒度均一，制备方法简单，易于工业生产。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种核壳结构的氧化铝微球，其特征在于：具有如下性质：核壳结构的氧化铝微球的直径为3~5μm，外壳壳层厚度为0.5~1μm，由晶粒尺寸为0.2~0.5μm、厚0.05-0.1μm的片状氧化铝组装而成，片状氧化铝相互穿插组装成花状结构，内核直径为2~4μm，由直径为10-20nm的颗粒状氧化铝粒子紧密堆积而成。 |
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| 说明书全文 | 一种核壳结构的氧化铝微球及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及一种核壳结构的氧化铝微球及其制备方法。 背景技术[0002] 分级结构纳米材料是指由纳米尺度粒子通过自组装或定向生长形成次级结构单元，再通过一定作用形成特殊有序结构的微米及以上尺度材料。氧化铝具有独特的催化、吸附、光学和电子性能，且价格低廉，因而成为应用最广泛的材料之一。分级结构纳米氧化铝由于具有纳米尺度的结构单元和微米及以上尺度的整体形貌，以及微-纳米尺度的偶合效应和协同效应，使其具有高表面能和特殊表面性质的同时，可防止液相团聚，且可改善其在生产和应用时的分离和回收，还能增强机械耐磨性。核壳结构氧化铝微球是分级结构纳米氧化铝的一种，近年来，核壳结构氧化铝微球的制备与应用也引起了人们的兴趣。 [0003] 《The Journal of Physical Chemistry C》（2009 年，113 卷，14739~14746页）， “Synthesis of Boehmite Hollow Core/Shell and Hollow Microspheres via Sodium Tartrate- Mediated Phase Transformation and Their Enhanced Adsorption Performance in Water Treatment”中，采用Al2(SO4)3·18H2O、CO(NH2)2、酒石酸钠为原料2- 制备出核壳结构的拟薄水铝石，该方法采用Al2(SO4)3·18H2O为原料，SO4 离子较难清洗，容易导致产品纯度降低。 [0004] 《无机化学学报》（2008年，24卷（5），760~764页），“水热法制备核—壳结构勃姆石超细粉体”中，以硫酸铝水溶液和尿素为原料，两亲嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸-2-羟基乙酯(P(St)-b-P(HEA))为结构引导剂，通过水热法合成了核壳状勃姆石超细粉2- 体。该方法同样存在SO4 离子较难清洗，容易导致产品纯度降低的缺点。 发明内容[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种核壳结构的氧化铝微球及其制备方法。本发明核壳结构氧化铝微球纯度高、成本低、粒度均一，制备方法简单，易于工业生产。本发明的核壳结构的氧化铝微球，具有如下性质：核壳结构的氧化铝微球的直径为 3~5μm，外壳壳层厚度为0.5~1μm，由晶粒尺寸为0.2~0.5μm、厚0.05-0.1μm的片状氧化铝组装而成，片状氧化铝相互穿插组装成花状结构，内核直径为2~4μm，由直径为10-20nm 2 的颗粒状氧化铝粒子紧密堆积而成；比表面积为210-260m/g。 [0006] 本发明的核壳结构的氧化铝微球的制备方法，包括：将AlCl3·6H2O、尿素和环氧烷烃溶解于无水乙醇中，在密闭反应器中进行反应，反应结束后，将沉淀过滤、洗涤、干燥和焙烧，得到核壳结构氧化铝微球。 [0008] 本发明方法中，所述的尿素与AlCl3·6H2O的质量比为0.8:1-1.5:1；所述的环氧烷烃与AlCl3·6H2O的质量比为0.03:1-0.15:1。 [0009] 本发明方法中，所述的无水乙醇与AlCl3·6H2O的质量比为3:1-6:1。 [0010] 本发明方法中，所述的密闭反应器为高压反应釜，可以为动态反应釜或静态反应釜，优选静态反应釜；所述的反应温度为160-220℃，优选170-190℃，反应时间为18-36小时，优选24-30小时。 [0011] 本发明方法中，洗涤可以采用超声洗涤也可以采用常规洗涤，用去离子水反复洗涤4-5次，直至水合氧化铝中Cl离子含量＜0.2m%为止。 [0012] 本发明方法中，所述的干燥条件：干燥温度为100-130℃，干燥时间为1-10小时；所述的焙烧条件为：焙烧温度为450-600℃，焙烧时间为2-6小时。 [0013] 与现有技术相比，本发明采用的原料廉价，反应制备过程简单易行，不需要特殊模板剂、设备及工艺。本发明核壳结构氧化铝微球，具有比表面积大、粒径均匀等特点，可用于催化、吸附等领域，尤其适合用于污水处理等吸附领域。附图说明 [0014] 图1为实施例1制备的氧化铝空心微球的扫描电镜照片。 [0015] 图2为对比例1制备的氧化铝空心微球的扫描电镜照片。 [0016] 图3为对比例2制备的氧化铝的扫描电镜照片。 [0017] 图4为对比例3制备的氧化铝的扫描电镜照片。 具体实施方式[0018] 下面结合实施例来进一步说明本发明方法的作用和效果，但并不局限于以下实施例。 [0019] 本发明的核壳结构的氧化铝微球的制备方法，具体制备过程如下：（1）将适量的AlCl3.6H2O、尿素、环氧烷烃溶解到适量的无水乙醇溶液中，磁力搅拌使固体物质完全溶解； （2）将步骤（1）的溶液转入高压反应釜中，将反应釜置于烘箱中于160-220℃热处理 18-36小时； （3）将步骤（2）所得的沉淀经过滤、洗涤、干燥、焙烧制得核壳结构氧化铝微球。 [0020] 实施例1将12.45克AlCl3·6H2O、10克尿素、0.75克环氧丙烷置于烧杯中，向烧杯中加入50ml无水乙醇，磁力搅拌使固体物质完全溶解。将得到的溶液转入高压反应釜中，将反应釜置于烘箱中于160℃热处理24小时。自然冷却至室温后沉淀经过滤、洗涤、120℃干燥6小时、 500℃焙烧4小时，制得核壳结构氧化铝微球，扫描电镜图片如图1所示。 [0021] 实施例2同实施例1，只是尿素的加入量为15克，环氧丙烷改为环氧乙烷，加入量为0.4克，无水乙醇的加入量为37ml，热处理温度为200℃，处理时间为18小时，得到核壳结构的氧化铝微球。 [0022] 实施例3同实施例1，只是尿素的加入量为12.45克，环氧丙烷改为环氧丁烷，加入量为1.5克，无水乙醇的加入量为62ml，热处理温度为220℃，处理时间为30小时，得到核壳结构的氧化铝微球。 [0023] 实施例4同实施例1，只是尿素的加入量为18.7克，环氧丙烷改为质量比为1:1的环氧乙烷和环氧丙烷的混合物，加入量为1.1克，无水乙醇的加入量为74.7ml，热处理温度为180℃，处理时间为36小时，得到核壳结构的氧化铝微球。 [0024] 实施例5同实施例1，只是尿素的加入量为17.4克，环氧丙烷的加入量为1.9克，无水乙醇的加入量为56ml，热处理温度为190℃，处理时间为32小时，得到核壳结构的氧化铝微球。 [0025] 对比例1同实施例1，只是铝源为与实例1铝离子等摩尔量的Al(NO3)3·9H2O；得到的氧化铝的扫描电镜图片如图2所示。 [0026] 对比例2同实施例1，只是将无水乙醇换为相同质量的去离子水；得到的氧化铝的扫描电镜图片如图3所示。 [0027] 对比例3同实施例1，只是原料中未加入环氧烷烃；得到氧化铝的扫描电镜图片如图4所示。 |
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