[发明专利]双模板制备三维有序大孔氧化铝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化铝的制备方法，特别是双模板制备三维有序大孔氧化铝的方法。

背景技术

目前工业上氧化铝的制备主要通过沉淀、干燥和焙烧氧化铝前驱体来实现，采用这种方法得到的氧化铝比表面积和孔容大都小于250m²/g及0.5cm³/g，孔径分布较宽且难以调控，在很大程度上限制了氧化铝作为催化剂载体在石油化工领域中的应用。

在M41S系列介孔分子筛被成功合成之后，世界上广泛开展了介孔氧化铝的合成研究。总的来说，大部分研究采用模板合成法，具体而言，可以分为以下几类：阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，非离子表面活性剂，有机小分子以及离子液体等。这些方法合成的介孔氧化铝表现出较大的比表面积和一定程度可控的孔径分布，但是由于反应的速率较难控制以及反应过程中易发生相变等原因，其孔道结构几乎都是无序的蠕虫状、海绵状或脚手架状，孔壁多为无定形结构，其热稳定性和水热稳定性较差，这些缺点严重地限制了氧化铝在工业上的应用。

有序孔材料的共同特征是具有规则而均匀的孔道结构，其中包括孔道与窗口的尺寸和形状、孔道的维数、孔道的走向、孔壁的组成与性质，而孔道的大小尺寸是多孔结构中最终要的特征。尤其是三维有序大孔材料(3DOM)，孔壁既可以由单分散金属、金属氧化物组成，又可以由多组分组成的晶体或固溶体、无机-有机杂化物、高聚物组成，具有良好的兼容性，易于构建出既具有特定组成又有周期有序大孔结构结构的新型功能材料。

与其他材料相比，其独特的孔道结构有利于物质从各个方向进入孔道内部，降低物质扩散阻力，为物质的扩散提供最佳流速以及更高的效率，在吸附分离和催化剂载体等领域具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明目的是提供一种结合软硬两种模板的优势，一次性合成具有三维有序介孔-大孔梯度孔结构Al₂O₃的制备方法。

本发明的具体制备步骤如下：

(1)甲基丙烯酸甲酯(MMA)加入到去离子水中，甲基丙烯酸甲酯的加入重量为去离子水重量的2％-10％，再加入引发剂过硫酸钾，引发剂加入量为0.05-0.4g/L，搅拌，反应制备粒径均匀的聚甲基丙烯酸甲酯乳液；

(2)将所述的聚甲基丙烯酸甲酯乳液，在离心作用下组装，并在经过干燥，制得成PMMA硬模板；

(3)以九水合硝酸铝、软模板和95％乙醇配成溶液，九水合硝酸铝的浓度为0.5-2.0mol/L的硝酸铝乙醇溶液，软模板浓度为5-10×10^-3mol/L；搅拌溶液，得到透明混合溶液；

(4)将所述的透明混合溶液与PMMA硬模板混合浸润，透明混合溶液与PMMA硬模板用量体积比为1.5∶1，浸润时间为2-6小时；

(5)将步骤(4)所得的混合物进行抽滤，所得的固体物在40-80℃下恒温干燥6-8小时；

(6)将由(5)所得的固体物在650-950℃焙烧3-6小时，控制程序升温速率为1-5℃/min，除去硬模板PMMA和软模板，得到具有介孔-大孔梯度孔结构的三维有序大孔Al₂O₃。优选的焙烧温度是750-850℃，升温速率为1-2℃/min。

步骤(1)所述的搅拌的速率为350rpm，反应温度为70℃。

步骤(2)所述的离心作用，离心转速为1000-3000rpm。所述的干燥为在40-80℃下恒温干燥6-8小时。

步骤(3)九水合硝酸铝浓度为0.8-1.0mol/L，软模板浓度为6-8×10^-3mol/L。步骤(3)所述的软模板为F127。

本发明提供的双模板制备三维有序大孔氧化铝的方法，克服了目前工业制备氧化铝比表面积和孔容大小，孔径分布较宽且难以调控的缺点，可制备出介孔-大孔梯度孔结构的三维有序大孔Al₂O₃。采用本发明方法制备的介孔-大孔梯度孔结构的三维有序大孔Al₂O₃可以直接作为各种吸附剂和催化剂，如加氢处理、催化裂化重整等催化剂的载体，特别适合用作重油和渣油以及各种馏分油加氢处理的催化剂载体。

附图说明

图1为实施例2制得的PMMA模板的SEM图；

图2为实施例6制得的氧化铝的SEM图；

图3为实施例7制得的氧化铝的SEM图；

图4为实施例7制得的氧化铝的TEM图。