一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，该方法是在材料的制备过程采用植物叶片为生物模板，用氧化铝复制植物叶片大孔管状结构，获得具有大孔纤维管状结构的生物形态氧化铝，利用原位生长技术，在生物形态氧化铝大孔道内原位生长LDHs纳米片，得到的多孔LDHs/氧化铝复合材料，500～800℃焙烧后制得多孔氧化铝复合材料。LDHs纳米片生长在形态氧化铝的大孔管道内，能显著增加形态氧化铝的比表面积，使其孔结构呈现多样性，该复合材料可广泛应用于吸附和催化等领域。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，该方法是在材料的制备过程采用植物叶片为生物模板，用氧化铝复制植物叶片大孔管状结构，获得具有大孔纤维管状结构的生物形态氧化铝，利用原位生长技术，在生物形态氧化铝大孔道内原位生长LDHs纳米片，得到的多孔LDHs/氧化铝复合材料，500～800℃焙烧后制得多孔氧化铝复合材料。LDHs纳米片生长在形态氧化铝的大孔管道内，能显著增加形态氧化铝的比表面积，使其孔结构呈现多样性，该复合材料可广泛应用于吸附和催化等领域。【专利说明】
本专利技术涉及，属于多孔材料的制备
。
技术介绍
生物体经过长期的自然选择和进化，大都具有精细分级结构和特殊的功能，利用仿生技术制备具有精细结构的生物形态材料是功能材料领域中研究的热点和难点。仿生合成主要是利用生物材料诱导无机材料的生成，通过复制生物材料的结构来控制无机材料的形貌。目前，许多生物材料已经被用作模板来合成无机结构的多孔材料，这些生物模板包括骨骼、鹿鸾、犄角、羽毛、毛发、昆虫翅膀、细菌、真菌、病毒、植物纤维、植物的叶片、花粉粒、壳膜、蛛丝纤维和蚕丝等，但这些仿生材料主要是对生物结构的精确复制，而以复制后的生物形态材料为基础，制备新的结构的材料尚处于初始研究阶段。植物叶片由于具有独特微-纳米结构近年来受到广泛关注，植物叶片上存在大量的纤维态结构，这种结构源自于植物生长的需要，通过长期的进化和演变，形成了多层次、多尺度的独特纤维管状结构，通常这种结构难以通过人工手段获得。植物叶片由于来源广泛且具有再生性，因此采用植物叶片为生物模板制备生物形态材料具有很好的发展前景。但是，叶片结构复制后，材料的比表面积主要集中在材料的管壁上，而微米尺寸的纤维管状结构(大孔结构)很难提供较高的比表面积，若能把一些功能纳米尺寸的材料“填充”无机纤维管中，或者“生长”在纤维管内表面，构建高比表面积多孔材料具有较大的应用价值，一方面功能纳米材料能有效增加或者改善生物形态材料的功能，另一方面，纳米材料“填充”或者“生长”在纤维管内，增加了材料的比表面积和丰富了材料的孔结构，构建后的材料可以是微孔-介孔材料、微孔-大孔材料和介孔-大孔材料，这种多级结构的孔道有利于吸附质分子的扩散、吸附和传输，材料中的介孔和大孔能够更好地允许体积较大的吸附质通过，而微孔和介孔材可以提供高比表面积和大的孔体积，对应体积较小的分子的吸附比较有利。因此，本专利技术针对植物叶片特有的结构形态，将植物叶片作为一种生物模板，利用氧化铝精确复制植物叶片结构，利用复制后的形态氧化铝存在的中空纤维结构，将层状双氢氧化物(LDHs)纳米片生长在大孔纤维管道内，以增加氧化铝复合材料比表面积和丰富材料孔结构，专利技术了一种利用生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的制备方法。
技术实现思路
技术问题:本专利技术目的是提供，该方法利用生物形态材料存在的独特的大孔结构，在材料孔道原位生长LDHs纳米片，能够有效的增加氧化铝复合材料的比表面积和丰富氧化铝的孔结构，扩展仿生材料在吸附和催化领域的应用。技术方案:本专利技术利用植物叶片特殊的结构，将植物叶片作为一种生物模板，利用氧化铝复制植物叶片以获得形态氧化铝，利用形态氧化铝中存在中空的大孔结构，在其内表面原位生长LDHs纳米片，通过控制LDHs生长过程，来控制材料的孔结构，利用生物模板法制备多孔氧化铝复合材料。，该制备方法为:a)按每IOOmL无水乙醇中加入2?5g生物模板计，将生物模板在无水乙醇中洗涤3?5次，再按每IOOmL盐酸溶液加2?5g生物模板计，将乙醇洗涤后的生物模板浸溃在3wt%?6wt%的盐酸水溶液中，浸溃4?6h，过滤，用蒸馏水洗涤2?4次后，生物模板再次浸溃在同体积3wt%?6wt%的新鲜盐酸水溶液中6?12h，过滤，用蒸馏水洗至滤液的pH为中性，50?80°C下干燥6?12h，得预处理生物模板。b)按每IOOmL铝盐水溶液加入0.2?2g预处理生物模板计，将步骤a)得到的预处理生物模板浸溃在0.1?0.5mol/L的铝盐水溶液中，浸溃2?6h后取出，蒸馏水洗涤I?3次，50?80°C下干燥6?12h，500?800°C焙烧2?6h，得生物形态氧化铝。c)按二价金属M盐与步骤b)中制备的生物形态氧化铝的摩尔比为1:6?1:1，有机胺与生物形态氧化铝的摩尔比为6:1?1:1计，将0.005?0.05mol/L的二价金属M盐水溶液、有机胺和生物形态氧化铝加入到内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，混合均匀，80?160°C水热反应5?15h，冷却、过滤，蒸馏水洗涤3?6次，50?80°C下干燥12?24h，得多孔LDHs/氧化铝复合材料，500?800°C焙烧2?6h，得多孔氧化铝复合材料。上述的步骤a)中所述的生物模板为银杏树叶、杨树叶、玉米叶、槐树叶中的一种或者多种的组合，步骤b)中所述的铝盐为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝中的一种或者几种的组合，步骤c)中所述的有机胺为二甲胺、乙二胺、三乙胺、六亚甲基四胺中的一种或者几种的组合，二价金属M盐为硝酸锌、硝酸镁、硝酸镍、硫酸镁、氯化镁、醋酸锌、氯化锌、硫酸镍中的一种或者几种的组合。有益效果:本专利技术利用植物叶片为生物模板，生物模板法制备多孔氧化铝复合材料，利用氧化铝复制植物叶片大孔管状结构，获得具有大孔纤维管状结构的生物形态氧化铝，利用原位生长技术，在生物形态氧化铝大孔道内原位生长LDHs纳米片，通过高温焙烧可得到多孔氧化铝复合材料。本专利技术在生物结构的基础设计多孔材料，利用生物体独特的结构制备多孔氧化铝复合材料，有别于物理化学法制备多孔氧化铝。与现有的技术相比，本专利技术的优点在于:(I)、本专利技术利用原位生长技术，将LDHs纳米片原位生长在生物氧化铝纤维管道内部，显著增加生物形态氧化铝的比表面积，制备的多孔材料的比表面积可从70?90m2/g(生物形态氧化铝)增加到200m2/g以上(多孔氧化铝复合材料)。另外，复合氧化铝的孔结构呈现多样性，具有多级结构，复合材料中可同时存在大孔和介孔结构，且孔结构具有可调性。(2)、本专利技术所使用的生物模板为植物叶片，植物叶片来源广泛且具有再生性，采用植物叶片为生物模板制备多孔材料具有价廉、环境友好。(3)、本专利技术将功能纳米材料弓I进形态氧化铝大孔结构中，制备多孔氧化铝复合材料，其性能优于单一的氧化铝材料。【具体实施方式】实施例1:选取2g银杏叶作为生物模板，将银杏叶在IOOmL无水乙醇中洗涤3次。将清洗后的银杏叶加入到IOOmL浓度为6wt%盐酸溶液中，浸溃6h，取出用蒸馏水洗涤3次后，将银杏叶再次浸溃在IOOmL浓度为6wt%新鲜盐酸溶液中，浸溃12h过滤，用蒸馏水洗至滤液的pH为中性，80°C下干燥12h，得预处理银杏叶模板。取200mL浓度为0.lmol/L的硝酸铝溶液，将0.5g预处理的银杏叶浸溃在硝酸铝溶液中，浸溃时间4h后取出，蒸馏水洗涤3次，80°C下干燥12h，在500?800°C焙烧4h，得生物形态氧化铝。将生物形态氧化铝0.0Olmol和六亚甲基四胺0.004mol加入到30mL浓度为0.03mol/L的硝酸镁溶液中，混合均匀后，转移到内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，120°C下水热反应12h，冷却、过滤、蒸馏水洗涤得到多孔LDHs/氧化铝复合材料。将多孔LDHs/氧化铝复合材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物模板法制备多孔氧化铝复合材料的方法，其特征在于该方法为：a）按每100mL无水乙醇中加入2～5g生物模板计，将生物模板在无水乙醇中洗涤3～5次，再按每100mL盐酸溶液加2～5g生物模板计，将乙醇洗涤后的生物模板浸渍在3wt%～6wt%的盐酸水溶液中，浸渍4～6h，过滤，用蒸馏水洗涤2～4次后，生物模板再次浸渍在同体积3wt%～6wt%的新鲜盐酸水溶液中6～12h，过滤，用蒸馏水洗至滤液的pH为中性，50～80℃下干燥6～12h，得预处理生物模板；b）按每100mL铝盐水溶液加入0.2～2g预处理生物模板计，将步骤a）得到的预处理生物模板浸渍在0.1～0.5mol/L的铝盐水溶液中，浸渍2～6h后取出，蒸馏水洗涤1～3次，50～80℃下干燥6～12h，500～800℃焙烧2～6h，得生物形态氧化铝。c）按二价金属M盐与步骤b)中制备的生物形态氧化铝的摩尔比为1：6～1：1，有机胺与生物形态氧化铝的摩尔比为6：1～1：1计，将0.005～0.05mol/L的二价金属M盐水溶液、有机胺和生物形态氧化铝加入到内衬聚四氟乙烯的高压反应釜中，混合均匀，80～160℃水热反应5～15h，冷却、过滤，蒸馏水洗涤3～6次，50～80℃下干燥12～24h，得多孔LDHs/氧化铝复合材料，500～800℃焙烧2～6h，得多孔氧化铝复合材料。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周钰明，张涛，王泳娟，卜小海，张牧阳，梅震宇，胡金刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：