一种合成大孔氧化铝的方法技术

本发明专利技术提供一种合成大孔氧化铝的方法，所述氧化铝组成成分为无定形氧化铝，具有两级孔道；所述合成方法首先将炭黑与碱液混合搅拌处理，然后配置铝盐溶液，将过滤干燥得到的炭黑与铝盐溶液混合搅拌并超声波处理后将混合物干燥，然后依次置于氮气、氧气、氮气气氛中处理，得到氧化铝。本发明专利技术方法不使用昂贵的有机添加物，操作步骤简单易行，生产成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔无机材料合成领域，具体地说是一种合成大孔氧化铝的方法。
技术介绍
根据国际纯粹与应用化学联合会的分类，多孔材料可分为三大类：大孔材料（直接＞50nm）、介孔材料（２nm≤直接≤50nm）和微孔材料（直接＜2nm）。由于微孔材料和介孔材料在工业催化与分离等领域得到成功地应用，所以一直是研究和应用的热点。近年来，随着大孔材料在大分子催化、分离等领域弥补了以往小孔分子筛及介孔材料难以允许大分子进入孔道内部的缺点，以及其它一些物化特征所体现出的优势，逐渐吸引的研究者的目光，成为研究的热门领域。CN102040235A，一种三维有序大孔氧化铝及其制备方法，公开了一种三维有序大孔氧化铝及其制备方法。该方法也是采用模板制备大孔材料，包括以下步骤：将单分散的聚合物微球组装为胶晶模板，然后向模板中填充特定方法制备的氧化铝溶胶，最后经干燥和焙烧得到大孔氧化铝。目前，工业常采用以下两种方法来扩大氧化铝的孔径，一是在挤条过程中加人各种扩孔剂，二是挤条成形后进行水热处理或高温处理。CN103055948A，大孔氧化铝载体的制备方法，是以农作物茎壳燃烧生成的轻质炉灰粉为扩孔剂，同时加入三乙醇胺水溶液，采用混捏法制备大孔氧化铝。所制备的大孔氧化铝具有双孔分布、孔直径在10-20nm的孔容占总孔容的50%-70%，孔直径大于100nm的孔容占总孔容的20%-30%。CN1087289A，大孔氧化铝载体制备方法，将成型的氧化铝载体瞬间升温至500-650℃，并在高温下维持数小时，可以达到扩大孔径的目的。CN1209355A，大孔氧化铝载体及其制备方法，是先对拟薄水铝石原料进行胶溶或热化，挤条成型后的物料用含按离子的化合物进行处理，可以氧化铝的孔径。此外还有其它技术可以制备大孔氧化铝材料，如CN101863499A，一种大孔-介孔氧化铝的制备方法，制备出一种含有5～40nm和50～150nm两套孔道的氧化铝。该专利包括以下步骤：a.先将反应助剂及铝盐溶解在有机溶剂溶液中，再将模板剂加入上述溶液并溶解，溶液的PH值控制在3.5～6.0；b.将a步制备的溶液进行老化处理，使其逐步脱除体系中有机溶剂和水分得到大孔-介孔氧化铝前驱体；c.经400～800℃焙烧处理获得大孔-介孔氧化铝粉体。该专利使用的模板剂是昂贵的三嵌段共聚物。CN101200297A，整体型大孔氧化铝的制备方法，该专利采用模板法制备出大孔氧化铝。制备包括以下过程：先采用反向浓乳液法以苯乙烯和二乙烯苯为单体制备整体式大孔有机模板；再以异丙醇铝或拟薄水铝石为前驱物制备Al2O3水溶胶；然后将Al2O3水溶胶填充到整体式大孔有机模板中；最后将填充后的整体型有机/无机复合物经干燥，焙烧脱除模板，得到整体型大孔氧化铝。得到的整体式大孔氧化铝具有微米级互相连通的大孔孔道，孔径为1～50μm。CN102311133A，一种整体式大孔氧化铝及其制备方法，公开了一种整体式大孔氧化铝的制备方法。制备步骤是：把铝源、聚乙二醇以及低碳醇和水至少一种混合均匀之后，将低碳环氧烷烃加入所述的混合物中，经老化、浸泡、干燥和焙烧得到整体式大孔氧化铝。所得整体式大孔氧化铝其孔径在0.05～10μm。CN102311134A，一种球形整体式大孔氧化铝及其制备方法，公开了一种球形整体式大孔氧化铝及其制备方法。该方法包括以下步骤：将聚合物微球乳液、氧化铝溶胶及促凝剂以一定比例混合均匀，把该混合物分散于油相中，形成W/O型液滴，然后再加热上述混相体系，使水相中的氧化铝溶胶成球，之后从油相中分离出成型的凝胶微球，再在氨水介质中经陈化、干燥和焙烧后得到所述的球形整体式大孔氧化铝。该氧化铝的大孔孔径在小于1μm的范围内均一可控，球形颗粒的尺寸大小可控，机械强度较高。现有大孔材料，尤其是大孔氧化铝的制备方法虽然已有很多公开报道，但仍有一些缺陷需要克服，比如胶晶模板法的模板组装耗时过长，制备成本高，难以工业化生产；有些技术得到的大孔材料的大孔比例以及含量过低，大孔孔径一般大于200nm，孔径过大应用价值较低，孔径范围在100～200nm具有高应用价值的大孔难以制备。因此，研究新型的，尤其是廉价高效的大孔碳的制备方法就具有十分现实的意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种合成大孔氧化铝的方法。本专利技术提供氧化铝具有丰富的大孔，制备方法简单易行，生产成本低。本专利技术提供一种氧化铝，所述氧化铝具有如下特征：组成成分为γ-氧化铝，具有三级孔道，第一级孔道的孔径为3～4nm，第二级孔道的孔径为40～50nm，第三级孔道的孔径为100～200nm，比表面积为200～300m2/g。本专利技术所述的合成大孔氧化铝的方法，包括以下步骤：（1）将炭黑与碱溶液混合，在50～90℃条件下搅拌处理0.5～3h，然后过滤，将过滤得到的固体物质在100～150℃下干燥5～15h；（2）将铝盐与水混合均匀，得到溶液A；（3）向步骤（2）得到的溶液A中加入步骤（1）得到的炭黑，混合均匀后超声波处理1～10h；（4）向步骤（3）得到的溶液中加入铵盐，混合均匀后超声波处理1～5h，然后在80～100℃条件下搅拌，直至混合物变为粘稠状态，最后在100～120℃条件下干燥处理；（5）将步骤（4）得到的物质置于氮气气氛中，在400～600℃下热处理3～5h；（6）将步骤（5）得到的物质置于氧气气氛中，在400～600℃下热处理3～10h；（7）待步骤（6）得到的物质降至室温后，将其置于氮气气氛中，在300～400℃热处理1～3h，再升温至500～800℃热处理3～10h。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（1）中所述炭黑的颗粒度为30～50nm。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（1）中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种，所述碱溶液浓度为0.01～0.1mol/L，炭黑与碱溶液的质量比为1：5～1：50，优选1：10～1：20。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（2）中所述的铝盐为硝酸铝和/或氯化铝；所述铝盐与水的质量比为1：4～1：10，优选1：5～1：8。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（3）中所述铝盐、炭黑的质量比为1：0.5～1：3，优选1：0.8～1：2.5。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（4）中所述铵盐为碳酸铵或硝酸铵，其中，铵盐与铝盐的质量比为1：4～1：10，优选1：5～1：8。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（5）中所述氮气气氛中，氮气流速为100～500mL/min，优选为150～450mL/min。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（5）中所述的热处理优选在450～550℃下处理3.5～4.5h。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（5）和步骤（6）中所述的热处理升温速率为1～10℃/min，以恒定的升温速率升温。本专利技术合成大孔氧化铝的方法中，步骤（6）中所述的氧气气氛中，氧气流速为200～500mL/min，优选为15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成大孔氧化铝的方法，所述氧化铝组成成分为γ‑氧化铝，具有三级孔道，第一级孔道的孔径为3～4nm，第二级孔道的孔径为40～50nm，第三级孔道的孔径为100～200nm，比表面积为200～300m2/g；所述合成大孔氧化铝的方法包括如下步骤：（1）将炭黑与碱溶液混合，在50～90℃条件下搅拌处理0.5～3h，然后过滤，将过滤得到的固体物质在100～150℃下干燥5～15h；（2）将铝盐与水混合均匀，得到溶液A；（3）向步骤（2）得到的溶液A中加入步骤（1）得到的炭黑，混合均匀后超声波处理1～10h；（4）向步骤（3）得到的溶液中加入铵盐，混合均匀后超声波处理1～5h，然后在80～100℃条件下搅拌，直至溶液变为粘稠状态，最后在100～120℃条件下干燥处理；（5）将步骤（4）得到的物质置于氮气气氛中，在400～600℃下热处理3～5h；（6）将步骤（5）得到的物质置于氧气气氛中，在400～600℃下热处理3～10h；（7）待步骤（6）得到的物质降至室温后，将其置于氮气气氛中，在300～400℃热处理1～3h，然后升温至500～800℃热处理3～10h。

【技术特征摘要】
1.一种合成大孔氧化铝的方法，所述氧化铝组成成分为γ-氧化铝，具有三级孔道，第一级孔道的孔径为3～4nm，第二级孔道的孔径为40～50nm，第三级孔道的孔径为100～200nm，比表面积为200～300m2/g；所述合成大孔氧化铝的方法包括如下步骤：
（1）将炭黑与碱溶液混合，在50～90℃条件下搅拌处理0.5～3h，然后过滤，将过滤得到的固体物质在100～150℃下干燥5～15h；
（2）将铝盐与水混合均匀，得到溶液A；
（3）向步骤（2）得到的溶液A中加入步骤（1）得到的炭黑，混合均匀后超声波处理1～10h；
（4）向步骤（3）得到的溶液中加入铵盐，混合均匀后超声波处理1～5h，然后在80～100℃条件下搅拌，直至溶液变为粘稠状态，最后在100～120℃条件下干燥处理；
（5）将步骤（4）得到的物质置于氮气气氛中，在400～600℃下热处理3～5h；
（6）将步骤（5）得到的物质置于氧气气氛中，在400～600℃下热处理3～10h；
（7）待步骤（6）得到的物质降至室温后，将其置于氮气气氛中，在300～400℃热处理1～3h，然后升温至500～800℃热处理3～10h。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述炭黑的颗粒度为30～50nm。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述碱溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述碱溶液浓度为0.01～0.1mol/L。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述炭黑与碱溶液的质量比为1：5～1：50，优选1：10～1：20。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中所述的铝盐为硝酸铝和/或氯化铝。
7...

【专利技术属性】
技术研发人员：范峰，凌凤香，王少军，张会成，杨春雁，
申请(专利权)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大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11