纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球、制备方法及应用技术

本发明专利技术属于γ‑AlOOH材料技术领域，具体涉及一种纳米片自组装分级结构γ‑AlOOH空心微球、制备方法及应用，本研究以Al2(SO4)3为铝源、尿素为沉淀剂、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，水热合成了具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ‑AlOOH空心微球。本发明专利技术制备的γ‑AlOOH分级结构空心微球兼具片状形貌和空心微球状形貌γ‑AlOOH的共同优势：具有高羟基暴露面的六边形纳米片分级结构单元具有极高的化学活性；空心微球状整体形貌使样品具备了在分散介质中分散性好、流动性好、不宜团聚等的优势，因此该产品能够在污水处理、催化剂生产、陶瓷材料基体制备等多个领域得到广泛的应用。

Nano chip self assembled hierarchical -AlOOH hollow microspheres, preparation and Application

The invention belongs to the technical field of gamma-AlOOH materials, and specifically relates to a self-assembled hierarchical structure gamma-AlOOH hollow microsphere of nanosheets, its preparation method and application. In this study, nanosheets with high hydroxyl exposure surface were hydrothermally synthesized by using Al2(SO4)3 as aluminium source, urea as precipitator and hexadecyl trimethyl ammonium bromide as template. A hierarchical structure of gamma AlOOH hollow microspheres is installed. The hollow microspheres with graded structure prepared by the invention have the common advantages of both flake and hollow microsphere morphologies: the hexagonal nanosheet graded structure unit with high hydroxyl exposure surface has high chemical activity; the hollow microsphere overall morphology enables the sample to have good dispersion and flow in the dispersing medium. Because of its advantages such as good performance and not suitable for reunion, the product can be widely used in many fields such as sewage treatment, catalyst production, ceramic matrix preparation and so on.

【技术实现步骤摘要】
纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球、制备方法及应用
本专利技术属于γ-AlOOH材料
，具体涉及一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球、制备方法及应用。
技术介绍
γ-AlOOH又称为勃姆石或一水软铝石，是热解制备活性氧化铝的主要前驱体，其自身也具有较大的比表面积和化学活性，可以作为吸附剂和催化剂的载体。合成纳米γ-AlOOH的方法有很多，有金属醇盐水解法、水热法以及溶胶-凝胶法，目前已经合成了各种形貌的γ-AlOOH，如球形、纤维状和带状等。研究者们普遍认为γ-AlOOH作为吸附剂使用时，其吸附性能的优劣主要取决于样品本身的尺寸、微观形貌、比表面积的大小以及样品的表面化学活性。因此，每合成一种新结构的γ-AlOOH，其产品就会有不同的化学活性。由于γ-AlOOH在催化剂、精细陶瓷等方面具有广泛的应用，因此开发出越多形状的γ-AlOOH材料，越有利于扩展这方面的应用。但是，现有技术在制备γ-AlOOH材料的过程中，过度强调对材料比表面积的提升，忽视了对材料特殊形貌所暴露出来的具有高化学活性的特殊晶面的调控。导致γ-AlOOH材料即便能够获得极高的比表面积，但是在实际应用过程中的吸附能力有限。例如：孟范成等人在“核桃状3D分级结构γ-AlOOH无模板水热合成及对刚果红吸附性能研究”中制备了单分散、尺寸均一的核桃状分级结构γ-AlOOH，比表面积为101.3m2/g，对刚果红的最大吸附量仅为98.8mg/g。刘辉等人在“微波水热合成γ-AlOOH和γ-Al2O3纳米片”制备得到γ-AlOOH片状结构产物，其比表面积为110m2/g，对刚果红的最大吸附量为40mg/g。李秀峡等人在“空心椭圆状分级结构γ-AlOOH的无模板水热制备及吸附性能研究”中制备了空心椭圆状分级结构γ-AlOOH，该结构勃姆石的比表面积为147.45m2/g，对刚果红的最大吸附量仅为99mg/g。权婷婷等人在“捆束状分级结构γ-AlOOH的无模板水热制备及吸附性能研究”中制备了具有捆束状分级结构的γ-AlOOH，其比表面积为151.20m2/g，对刚果红的最大吸附量仅为98.6mg/g。任海深等人在“纳米γ-AlOOH分级结构溶剂热制备及吸附性能研究”中制备了具有叶片状分级结构的γ-AlOOH，比表面积约为168.6m2/g，对刚果红的最大吸附量仅为98mg/g。以上文献中所制备的各种形貌的γ-AlOOH分级结构产物，其比表面积均大于本专利技术所制备的γ-AlOOH，但其对刚果红的吸附能力均有限。综上，现有技术存在的问题是，制备出的γ-AlOOH虽然具有较大的比表面积，但是其吸附能力有限。
技术实现思路
本专利技术提供的一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球、制备方法及应用，解决了现有技术中制备出的γ-AlOOH虽然具有较大的比表面积，但是其吸附能力有限的问题。本专利技术的目的是提供一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球的制备方法，包括以下步骤：S1，将硫酸铝、尿素和十六烷基三甲基溴化铵溶于蒸馏水中，其中硫酸铝、尿素、十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比例为1：2-6：0.1-0.8；搅拌30-60min，得到透明澄清的溶液；S2，将所述透明澄清的溶液转移至高压水热反应釜中，密封高压水热反应釜，并将高压水热反应釜于150-180℃反应16-36h，冷却至室温，离心，收集沉淀物，然后依次用无水乙醇洗涤、蒸馏水洗涤沉淀物，得到固态产物；S3，将所述固态产物干燥，自然冷却，得到具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球。优选的，上述的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球的制备方法，S1中，所述硫酸铝和所述蒸馏水的比例为4mmol：35ml。优选的，上述的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球的制备方法，S2中，无水乙醇洗涤次数为3次，蒸馏水洗涤次数为3次。优选的，上述的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球的制备方法，S3中，干燥的条件为60-80℃真空干燥12h。本专利技术还提供了一种由上述方法制备而成的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球。本专利技术还提供了一种上述的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球在污水处理、催化剂生产、陶瓷材料基体制备中的应用。与现有技术相比，本专利技术的一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球、制备方法及应用，具有以下有益效果：本研究以Al2(SO4)3为铝源、尿素为沉淀剂、十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，水热合成了具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球(以下简称γ-AlOOH空心微球)。该分级结构空心微球是由拥有高羟基暴露面的六边形纳米片自组装而得到的。具有分级结构的材料由于其不但具有纳米片分级结构单元的性质，而且还兼备优越的整体协同特点，因此可以获得更加优异的材料性能。本专利技术制备的γ-AlOOH分级结构空心微球的平均直径约为5-10μm，其六边形分级结构单元的厚度约为14nm，长度和宽度分别约为900nm、200nm。本专利技术制备的γ-AlOOH的羟基暴露面(020)晶面所占比例约为91.5％，该产物拥有极高的化学活性，能够在比表面积有限的条件下，具有极强的处理水体中污染物的能力。经实验证明，本专利技术制备的γ-AlOOH分级结构空心微球兼具片状形貌和空心微球状形貌γ-AlOOH的共同优势：具有高羟基暴露面的六边形纳米片分级结构单元具有极高的化学活性；空心微球状整体形貌使样品具备了在分散介质中分散性好、流动性好、不宜团聚等的优势，因此该产品能够在污水处理、催化剂生产、陶瓷材料基体制备等多个领域得到广泛的应用。另外，与
技术介绍
中所提及的几个制备方法相比，本专利技术所制备的γ-AlOOH比表面积较小，对刚果红的吸附能力高，可达到110mg/g的吸附量，充分说明本专利技术制备得到的具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球具有很高的化学活性，也说明了，提升材料的整体化学活性，不仅仅要从提升材料的比表面积入手，还需要调控材料的形貌，使其将高化学活性的表面暴露出来。附图说明图1为水热反应所得γ-AlOOH空心微球的XRD图谱；图2为水热反应产物不同倍率的SEM图；其中图2a为标尺10μm的SEM图；图2b为标尺1μm的SEM图；图3为水热反应所得γ-AlOOH不同倍率的TEM图；其中图3a为壳层结构的六边形片状分级结构单元自组装图；图3b为六边形片状纳米片的厚度示意图；图3c左下角为六边形片状纳米片的侧棱面图，图3c右上角为该侧棱面的高角度透射电镜图；图3d左下角为六边形片状纳米片正面图，图3d右上角为该六边形片状纳米片正面圆圈区域的电子衍射图；图4为经过60℃真空干燥处理后的γ-AlOOH空心微球的TG-DSC分析图；图5为γ-AlOOH空心微球对刚果红染料的吸收率曲线；图6是对比例制备的空心微球的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但不应理解为本专利技术的限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件操作，由于不涉及专利技术点，故不对其步骤进行详细描述。下述实施例中所用试剂如表1所示，所用仪器如表2所示。表1实验用试剂一览表表2实验用仪器一览表实施例1一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米片自组装分级结构γ‑AlOOH空心微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将硫酸铝、尿素和十六烷基三甲基溴化铵溶于蒸馏水中，其中硫酸铝、尿素、十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比例为1：2‑6：0.1‑0.8；搅拌30‑60min，得到透明澄清的溶液；S2，将所述透明澄清的溶液转移至高压水热反应釜中，密封高压水热反应釜，并将高压水热反应釜于150‑180℃反应16‑36h，冷却至室温，离心，收集沉淀物，然后依次用无水乙醇洗涤、蒸馏水洗涤沉淀物，得到固态产物；S3，将所述固态产物干燥，自然冷却，得到具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ‑AlOOH空心微球。

【技术特征摘要】
1.一种纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将硫酸铝、尿素和十六烷基三甲基溴化铵溶于蒸馏水中，其中硫酸铝、尿素、十六烷基三甲基溴化铵的摩尔比例为1：2-6：0.1-0.8；搅拌30-60min，得到透明澄清的溶液；S2，将所述透明澄清的溶液转移至高压水热反应釜中，密封高压水热反应釜，并将高压水热反应釜于150-180℃反应16-36h，冷却至室温，离心，收集沉淀物，然后依次用无水乙醇洗涤、蒸馏水洗涤沉淀物，得到固态产物；S3，将所述固态产物干燥，自然冷却，得到具有高羟基暴露面的纳米片自组装分级结构γ-AlOOH空心微球。2.根据权利要求1所述的纳米片自...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，
申请(专利权)人：陕西学前师范学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61