[发明专利]一种铝基体-介孔氧化铝复合材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝基体-介孔氧化铝复合材料及其制备方法和应用，具体说，是涉及一种在水热条件下通过铝与水反应实现介孔拟薄水铝石层在铝基体表面原位生长，再经过高温焙烧转晶形成的一种铝基体-介孔氧化铝复合材料及其作为催化剂载体的应用。

背景技术

氧化铝是一种优异的催化剂或催化剂载体，在能源化工、环境保护等领域的应用十分广泛。近年来，介孔氧化铝由于其较高的比表面积、较窄的孔径分布且孔径大小连续可调的特性，有关的合成和在吸附、分离、催化剂以及催化剂载体等方面的应用引起了人们的极大兴趣。按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的相关定义，介孔材料是指孔径介于2～50纳米的一类多孔材料。介孔氧化铝的制备方法有凝胶-溶胶法、模板法、硫酸铵法等，其中以表面活性剂为软模板剂制备介孔氧化铝材料的研究最多。目前公开的介孔氧化铝的制备方法，大多采用醇铝等化工原料作为铝源，水解受环境因素影响大对反应条件要求高，制备过程重复困难；同时，制备过程中一般需要昂贵的专业化学品为模板剂，且制备过程中不可避免的产生有毒的副产物。中国发明专利201210500632.5公开了一种以天然矿物为铝源结合除铁工艺的无铁介孔氧化铝的制备方法，其使用的模板剂为曲拉通X-100或十六烷基溴化铵。中国发明专利201110136105.6公开了一种以无机铝盐为铝源铵盐为沉淀剂，采用沉淀法制备了一种纤维状的介孔氧化铝。中国发明专利201210119658.5以表面活性剂P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)为结构导向剂、异丙醇铝为铝源，制备了一种介孔氧化铝。

另外，微结构化催化剂和反应器(Microstructured Catalyst or Catalytic Reactors,MCRs)在多相催化领域的研究正在受到越来越多的关注。虽然催化反应是一个表/界面过程，但在反应器宏尺度下往往受限于催化剂床层内的流动与传递过程的制约，导致催化剂活性和选择性甚至催化剂稳定性受到负面影响。MCRs技术已被广泛证实能显著优化固体催化剂床层的流体力学行为和提高催化剂床层内部的传质/传热性能。MCRs技术的优势在于能对催化剂大小和形状等细节，直至催化剂周围环境进行精准设计和控制，在调控扩散距离和空隙率等方面表现出高度灵活性。介孔氧化铝是一种优异的催化剂或催化剂载体，在能源化工、环境保护等领域的应用十分广泛。研制和开发整装微结构化介孔氧化铝材料，对解决介孔氧化铝催化材料在能源化工反应过程应用中存在的强烈热效应和传质限制等问题以及满足环境催化(如VOCs催化燃烧)过程对高通量、低压降等的特殊要求，具有重要价值和广泛应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种铝基体-介孔氧化铝复合材料及其制备方法和应用，以解决介孔氧化铝材料在能源化工反应过程中存在的强烈热效应和传质限制等问题及满足环境催化(如VOCs催化燃烧)过程对高通量、低压降等特殊要求。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明所述的铝基体-介孔氧化铝复合材料，是由铝基体及生长在其表面上的介孔氧化铝层组成，其中的介孔氧化铝所占的质量百分比为0.1～50％，所述介孔的最可几孔径为2～20纳米。

本发明所述的铝基体的材质可为金属铝或含铝合金(如：镁铝合金、镁锌铝合金等)。

本发明所述的铝基体的形态结构可根据需要选择各种形态结构(如：粉末、颗粒、纤维、纤维毡、丝、丝网、管、片、箔、泡沫、铝基微通道等)，以满足不同应用的需求和要求。所述粉末的直径优选为10～200微米；所述颗粒的直径优选为0.2～2毫米；所述纤维的直径优选为4～150微米；所述的纤维毡优选为由直径为4～150微米的纤维烧结而成的具有三维网络开放结构的整装式纤维毡；所述丝的直径优选为0.15～5毫米；所述丝网优选为由直径为0.15～5毫米的丝编织而成的网状结构；所述管的外径优选为2～50毫米、壁厚优选为0.5～5毫米；所述片的厚度优选为0.1～2毫米；所述箔的厚度优选为0.5～100微米；所述泡沫的开孔度优选为10～50；所述铝基微通道的宽度范围优选为0.5～5毫米。

一种制备本发明所述的铝基体-介孔氧化铝复合材料的方法，是首先在水热条件下通过铝与水的反应实现拟薄水铝石在铝基体表面的原位生长，然后对生成的拟薄水铝石进行高温焙烧转晶，包括如下具体步骤：

a)对铝基体进行表面清洁处理，以去除铝基体表面的氧化物层及污染物；