非水解溶膠—凝膠法制備高活性γ—Al2O3粉體研究

姜宇恒 季文玲 呼世磊 魏恒勇 卜景龍 倪潔 裴蕭晗 曹曉萌 李金雨

摘 要 以異丙醚與無水氯化鋁為原料，以二氯甲烷為溶劑，采用非水解溶膠-凝膠法制備出氧化鋁凝膠，經干燥和高溫煅燒后得到具有介孔結構的γ-氧化鋁粉體。通過XRD、SEM以及BET研究了氧化鋁粉體的物相、形貌以及孔徑分布。結果表明，采用非水解溶膠—凝膠法可以制備出γ-Al2O3氧化鋁粉體，粉體平均粒徑在90 nm左右，平均孔徑為23.4 nm，孔容為0.92 cm3/g，比表面積為145.7 m2/g。

關鍵詞 氧化鋁；粉體；非水解溶膠-凝膠法

0 引 言

高活性γ-Al2O3粉體因其具有比表面積高、孔道結構豐富且相互貫通以及物化性能穩定，成為理想吸附及催化載體材料，在吸附、分離及催化等領域具有很大的應用潛力。水解溶膠-凝膠法是制備γ-Al2O3的常用方法之一，由于金屬鋁醇鹽不僅水解反應速度快，較難控制，而且具有一定的毒性且價格昂貴，所以對生產條件要求高。非水解溶膠-凝膠法是直接通過反應物之間的脫鹵代烷或脫醚縮聚反應形成凝膠的合成方法，具有工藝簡單、易于控制、原料價格低廉，制得的粉體具有多孔結構活性高等優點。因此，本文采用非水解溶膠-凝膠法制備高活性γ-Al2O3粉體，并對其進行測試表征。

1 實 驗

1.1 實驗方法

原料：無水氯化鋁、二氯甲烷、異丙醚，以上原料為分析純，未經進一步提純處理。

方法：稱取3.58 g無水三氯化鋁，依次加入15 ml二氯甲烷和5.64 ml無水異丙醚，磁力攪拌直至溶液澄清。將混合溶液移入帶聚四氟乙烯內襯的反應容彈中，在110 ℃保溫18 h引發非水解反應，冷卻至室溫，取出凝膠于70 ℃下真空干燥5 h，得到褐色干凝膠。再經900 ℃煅燒0.5 h，升溫速率5 ℃/min，得到白色的氧化鋁粉體。

1.2 測試與表征

采用日本理學株式會社D/MAX2500PC型X射線衍射儀分析所得產物的晶相組成，掃描角度為10～80°，掃描速度為10 °/min，衍射儀的輻射源靶材為Cu靶Kα。利用日本日立公司S-4800型場發射掃描電子顯微鏡觀察粉體的形貌。采用美國康塔公司的NOVA2200e型表面積和孔徑分析儀進行測定，N2為吸附質。在液氮溫度下測定，采用BET法計算比表面積和孔徑。

2 結果與討論

2.1 物相分析

采用非水解溶膠-凝膠法制備的氧化鋁干凝膠經900 ℃煅燒0.5h后獲得粉體的XRD圖譜見圖1。

由圖1可知，氧化鋁凝膠經900 ℃煅燒后獲得粉體的XRD圖譜中，在2θ對為37.4°、46.3°和67.3°等處出現了γ-Al2O3晶體（JCPDS卡片10-0425）的特征衍射峰，這說明粉體的主晶相為高活性γ-Al2O3晶相，而且圖譜中X射線衍射峰有不同程度的展寬現象，表明γ-Al2O3晶體顆粒尺寸較小。

2.2 形貌分析

采用SEM表征了氧化鋁干凝膠經900℃煅燒后粉體的形貌，見圖2。

結果發現，采用非水解溶膠-凝膠法合成氧化鋁粉體呈顆粒狀，顆粒尺寸較為均勻，顆粒表面較為光滑，平均粒徑在90nm左右。盡管有少量由不同形貌的顆粒連在一起的結塊現象。但是，顆粒間存在不同程度的孔道結構，孔道結構為蠕蟲狀，孔徑大小、形狀較為均勻。

2.3比表面積和孔徑分析

為了進一步分析粉體的孔徑大小及分布，利用BET表征了氧化鋁凝膠經900℃煅燒0.5h后所得粉體的N2吸附與脫附等溫曲線以及孔徑分布，見圖3。

圖3（a）看出，N2吸附/脫附等溫曲線為典型的IV類型的封閉滯后回環。在低壓下N2吸附滯后現象不明顯，在相對壓力P/P0<0.7時，N2的吸附量增加較小，表明在低壓下樣品的微觀粒子排列規整，只產生單分子層吸附。當相對壓力P/P0超過0.7時，N2吸附體積迅速增加，存在一個H2型滯后環，這是由于毛細管凝聚作用造成的。發生毛細作用的壓力較高說明介孔的孔徑較大，滯后環很陡，且直立部分具有一個平行性，表明孔道有一定的有序性。

圖3（b）為采用BJH方程由脫附曲線計算得到氧化鋁粉體的孔徑分布曲線。可以看出，氧化鋁粉體的孔徑分布范圍較寬，主要集中在17～80 nm之間，且介孔材料的孔徑為2～50 nm，所以制得的氧化鋁粉體大部分為介孔結構。氧化鋁粉體的平均孔徑為23.4 nm，孔容為0.92 cm3/g，BET計算得到其比表面積高達145.7 m2/g，而采用該方法經水解溶膠-凝膠法合成氧化鋁粉體的BET比表面積一般在100 m2/g以下。這表明采用非水解溶膠-凝膠法制備的氧化鋁粉體活性高比表面積大，且具有一定的介孔結構。

3 結 論

采用非水解溶膠-凝膠法可在900 ℃合成出高活性γ-Al2O3粉體，其工藝簡單、原料廉價，合成的粉體顆粒間存在納米孔道結構，其比表面積145.7 m2/g，平均孔徑為23.4 nm，孔容為0.92 cm3/g，具有作為催化劑載體及吸附劑的應用潛力。

參 考 文 獻

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