納米分子篩/氧化鋁復(fù)合材料的制備與表征

劉建明，吳東義，楊陽(yáng)，吳樹林

（天津城市建設(shè)學(xué)院，天津300384）

納米分子篩/氧化鋁復(fù)合材料的制備與表征

劉建明，吳東義，楊陽(yáng)，吳樹林

（天津城市建設(shè)學(xué)院，天津300384）

本文采用溶膠-凝膠法由自制的納米分子篩和氧化鋁制備納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料，做了制備納米分子篩/ Al2O3復(fù)合材料條件實(shí)驗(yàn)（如Al2O3凝膠濃度、煅燒溫度、納米分子篩和Al2O3配比等)。納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料進(jìn)行了傅利葉變換紅外光譜(FTIR)、X射線衍射儀（XRD）結(jié)構(gòu)表征。測(cè)試了納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料的吸水率和吸油性，得出最佳吸水性和吸油性的制備條件。

氧化鋁；分子篩；納米；復(fù)合材料；溶膠凝膠；吸水；吸油

本文通過(guò)對(duì)納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料吸水性和吸油性測(cè)定，考察納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料制備的條件，并進(jìn)行了表征。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)主要試劑：硝酸鋁（分析純、天津大學(xué)科威公司）；氨水（分析純、天津市江大化工技術(shù)有限公司）；NaOH（分析純、天津大學(xué)科威公司）；高嶺土（分析純、天津大學(xué)科威公司）；甲苯（分析純、煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司）。

實(shí)驗(yàn)主要儀器：電動(dòng)攪拌器（OJ-100、天津市歐諾儀器儀表有限公司）；循環(huán)水式真空泵（SHZ-D (Ⅲ)、鞏義市英峽儀器有限公司）；精密電子天平（EJ-41OS、西特傳感技術(shù)有限公司）；傅立葉紅外光譜儀（Nicolet380、美國(guó)熱電公司）；X射線衍射儀（日本理學(xué)2038型、日本理學(xué)公司）。

1.2 材料的制備

1.2.1 分子篩的制備

根據(jù)專利“煅燒高嶺土制備納米分子篩的方法和產(chǎn)物”用水熱合成法制備X型沸石分子篩[1]，稱取一定量的NaOH和高齡土裝進(jìn)四口燒瓶中，攪拌同時(shí)向燒瓶中加入一定量的水。開始攪拌，加熱，當(dāng)溫度升到100℃時(shí)，將攪拌調(diào)至慢速。保溫2 h，停止攪拌去除加溫裝置。冷卻至室溫并中和到pH=7將其倒入試劑瓶。

1.2.2 溶膠凝膠法制備納米分子篩/氧化鋁復(fù)合材料

將一定量的Al（NO3）3·9H2O和蒸餾水，加入到四口瓶中，加熱，到溫度為80℃左右，加入氨水為沉淀劑，使pH在7～8[2]。加入前面制備的納米分子篩，再滴加氨水，使pH在9左右，恒溫?cái)嚢杌旌?h。再經(jīng)過(guò)過(guò)濾、水洗、干燥、煅燒（溫度控制在750℃[3]）3h、球磨得到納米分子篩/復(fù)合材料。

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 吸水性的測(cè)試[4]

吸水率：秤取1g左右的樣品，放入干燥的燒杯中，加入適量的H2O，在加入H2O的同時(shí)開始記時(shí)，一定時(shí)間后利用分樣篩將吸水的試樣與水分離，秤重，計(jì)算其吸水率[5]。

1.3.2 吸油性的測(cè)試[6]

吸油率：將樣品剪成小塊，稱量其質(zhì)量，放入到待測(cè)含油廢水中后，每隔2h取出，在室溫放置lmin，經(jīng)自然淌濾去未吸收的油品后，稱其含油材料的質(zhì)量，然后再浸入到油品中，如此連續(xù)數(shù)小時(shí)，達(dá)到飽和吸附為止。

1.3.3 紅外圖譜（FTIR）分析

試樣磨成粉末狀，KBr壓片，采用美國(guó)熱電公司生產(chǎn)的傅立葉變換紅外光譜儀（Nicolet380型）進(jìn)行紅外光譜試驗(yàn)，其分辨率不低于4cm-1。

1.3.4 X射線光電子（XPS）分析

測(cè)試條件：檢測(cè)條件，CUKa 27．5KV 30mA TC2 1K×1 40．20mm/分；日本理學(xué)2038型，日本理學(xué)公司。

2 結(jié)果與討論

2.1 Al2O3凝膠濃度對(duì)復(fù)合材料吸水率和吸油率的影響。

從圖1和圖2可以看出當(dāng)Al2O3凝膠濃度為3%時(shí)，這時(shí)的吸水率和吸油率最大，吸油率相比吸水率低很多。可能由于濃度太低或太高都對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形成有一定的影響。

2.2 煅燒溫度對(duì)吸水率和吸油率的影響

煅燒溫度對(duì)吸水率和吸油率的影響是相當(dāng)明顯的，從圖3和圖4可以看出煅燒溫度越高，吸水率和吸油率隨之增加，溫度在550℃以上增加不明顯。

2.3 納米分子篩含量對(duì)吸水率和吸油率的影響

由圖5可以看出于納米分子篩加入提高了氧化鋁粉末對(duì)水的吸收，但加到5%后吸水率提高的就不明顯了。

從圖6可以看出，加了納米分子篩后，吸油率明顯增加，但加到5%后吸油率提高的就不明顯了。說(shuō)明納米分子篩加入提高了Al2O3吸水率和吸油率，納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，形成了多個(gè)進(jìn)入孔道，增加了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的容納體積。因此，復(fù)合物的吸水率和吸油率很明顯增加。

2.4 納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料紅外光譜分析

圖7、圖8、圖9分別是分子篩、Al2O3和納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料的的紅外光譜圖。比較發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料位于3400～3500cm-1之間的伸縮振動(dòng)峰要比同區(qū)間的空白氧化鋁的吸收峰要來(lái)的尖銳，這可以說(shuō)明空白的氧化鋁在該區(qū)間以Al-O-H的伸縮振動(dòng)為主，而復(fù)合材料則以Si-O-H的伸縮振動(dòng)為主，但效果要好。從圖7、圖8與圖9的比較，在1300～1700 cm-1之間的3個(gè)吸收峰,納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料的3個(gè)吸收峰的頻率都要比空白的來(lái)的尖銳，這是由于復(fù)合材料中的官能團(tuán)發(fā)生配位，使得Si-H鍵力常數(shù)降低，所以其吸收峰往低頻方向移動(dòng)，表明Al2O3表面Al-O鍵與分子篩形成了一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，納米分子篩/Al2O3復(fù)合材中的納米分子篩已經(jīng)分散在氧化鋁中。

2.5 納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料X衍射分析

從圖11和圖12可以看出,納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料衍射峰的寬度變大,峰沒(méi)有純的氧化鋁來(lái)的尖銳，從圖10和圖12比較可以看出，納米分子篩在氧化鋁中分散的很均勻，納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料并不是兩種材料的混合，是形成了新的材料——納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料。

3 結(jié)論

納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料制備條件是：Al2O3凝膠濃度為3%時(shí)，這時(shí)的吸水率和吸油率最大；煅燒溫度最底在550℃；分子篩含量最少在5%以上。材料表征顯示Al2O3表面Al-O鍵與分子篩形成了一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，納米分子篩/Al2O3復(fù)合材中的納米分子篩已經(jīng)分散在氧化鋁中；納米分子篩在氧化鋁中分散的很均勻，納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料并不是兩種材料的混合，是形成了新的材料——納米分子篩/Al2O3復(fù)合材料。

［1］ 王銀葉．申請(qǐng)專利號(hào)：CN200310106602.7．公開（公告）號(hào)：CN1605563

［2］ 郭英凱，趙燕禹，趙國(guó)華．納米氧化鋁的制備研究[J]．無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2007，39(5):18－20

［3］ 王世全，鄧輝，馮曉明．煅燒工藝對(duì)AL2O3晶粒的影響[J]．輕金屬，2002，10：21－23

［4］ 李紅，張麗芳，高德玉，等．高吸水復(fù)合材料吸水速度的研究[J]．化學(xué)工程師，2007，137(2)：11－13

［5］ 顧平．應(yīng)用膜生物反應(yīng)器處理生活污水的研究[J]．中國(guó)給水排水，1998，14(5)：6－8．

［6］ 王從南，沈志明．新型吸油材料[J]．非織造布，2000，8(4):6-8

Preparation and characterization of nano-zeolte/Al2O3composites

LIU Jian-ming,WU Dong-yi,YANG Yang,WU Shu-lin
(Tianjin Institute of Urban Construction,Tianjin 300384)

In this paper synthesized nano-zeolite/Al2O3composites were prepared with self-made nano-zeolite and alumina combined together by sol-gel method and have been done at nano-zeolite/Al2O3composites experimental conditions(such as Al2O3gel concentration、calcined temperature、the ratio of nano-zeolite to Al2O3and so on).Nano zeolite/Al2O3composites were tested for their structural characteristics with the Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR)and X-ray diffraction(XRD)as well as their capabilities of water and oil absorption.From the result,we obtained the optimum preparation conditions of water and oil obsorption of nano-zeolite/Al2O3composites.

alumina;nano-zeolite;composites;sol-gel;water absorption;oil absorption

book=2010,ebook=170

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.04.006

TQ424.25

A

1008-1267（2010）04-016-04

2009-10-20

天津市自然科學(xué)基金 納米分子篩復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)及性能研究 項(xiàng)目號(hào)：07JCYBJC15300

劉建明（1978-），男，博士，天津城市建設(shè)學(xué)院教師，主要從事功能材料應(yīng)用基礎(chǔ)研究。