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摘 要 以异丙醚与无水氯化铝为原料，以二氯甲烷为溶剂，采用非水解溶胶-凝胶法制备出氧化铝凝胶，经干燥和高温煅烧后得到具有介孔结构的γ-氧化铝粉体。通过XRD、SEM以及BET研究了氧化铝粉体的物相、形貌以及孔径分布。结果表明，采用非水解溶胶—凝胶法可以制备出γ-Al2O3氧化铝粉体，粉体平均粒径在90 nm左右，平均孔径为23.4 nm，孔容为0.92 cm3/g，比表面积为145.7 m2/g。
关键词 氧化铝；粉体；非水解溶胶-凝胶法
0 引 言
高活性γ-Al2O3粉体因其具有比表面积高、孔道结构丰富且相互贯通以及物化性能稳定，成为理想吸附及催化载体材料，在吸附、分离及催化等领域具有很大的应用潜力。水解溶胶-凝胶法是制备γ-Al2O3的常用方法之一，由于金属铝醇盐不仅水解反应速度快，较难控制，而且具有一定的毒性且价格昂贵，所以对生产条件要求高。非水解溶胶-凝胶法是直接通过反应物之间的脱卤代烷或脱醚缩聚反应形成凝胶的合成方法，具有工艺简单、易于控制、原料价格低廉，制得的粉体具有多孔结构活性高等优点。因此，本文采用非水解溶胶-凝胶法制备高活性γ-Al2O3粉体，并对其进行测试表征。
1 实 验
1.1 实验方法
原料：无水氯化铝、二氯甲烷、异丙醚，以上原料为分析纯，未经进一步提纯处理。
方法：称取3.58 g无水三氯化铝，依次加入15 ml二氯甲烷和5.64 ml无水异丙醚，磁力搅拌直至溶液澄清。将混合溶液移入带聚四氟乙烯内衬的反应容弹中，在110 ℃保温18 h引发非水解反应，冷却至室温，取出凝胶于70 ℃下真空干燥5 h，得到褐色干凝胶。再经900 ℃煅烧0.5 h，升温速率5 ℃/min，得到白色的氧化铝粉体。
1.2 测试与表征
采用日本理学株式会社D/MAX2500PC型X射线衍射仪分析所得产物的晶相组成，扫描角度為10～80°，扫描速度为10 °/min，衍射仪的辐射源靶材为Cu靶Kα。利用日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜观察粉体的形貌。采用美国康塔公司的NOVA2200e型表面积和孔径分析仪进行测定，N2为吸附质。在液氮温度下测定，采用BET法计算比表面积和孔径。
2 结果与讨论
2.1 物相分析
采用非水解溶胶-凝胶法制备的氧化铝干凝胶经900 ℃煅烧0.5h后获得粉体的XRD图谱见图1。
由图1可知，氧化铝凝胶经900 ℃煅烧后获得粉体的XRD图谱中，在2θ对为37.4°、46.3°和67.3°等处出现了γ-Al2O3晶体（JCPDS卡片10-0425）的特征衍射峰，这说明粉体的主晶相为高活性γ-Al2O3晶相，而且图谱中X射线衍射峰有不同程度的展宽现象，表明γ-Al2O3晶体颗粒尺寸较小。
2.2 形貌分析
采用SEM表征了氧化铝干凝胶经900℃煅烧后粉体的形貌，见图2。
结果发现，采用非水解溶胶-凝胶法合成氧化铝粉体呈颗粒状，颗粒尺寸较为均匀，颗粒表面较为光滑，平均粒径在90nm左右。尽管有少量由不同形貌的颗粒连在一起的结块现象。但是，颗粒间存在不同程度的孔道结构，孔道结构为蠕虫状，孔径大小、形状较为均匀。
2.3比表面积和孔径分析
为了进一步分析粉体的孔径大小及分布，利用BET表征了氧化铝凝胶经900℃煅烧0.5h后所得粉体的N2吸附与脱附等温曲线以及孔径分布，见图3。
图3（a）看出，N2吸附/脱附等温曲线为典型的IV类型的封闭滞后回环。在低压下N2吸附滞后现象不明显，在相对压力P/P0<0.7时，N2的吸附量增加较小，表明在低压下样品的微观粒子排列规整，只产生单分子层吸附。当相对压力P/P0超过0.7时，N2吸附体积迅速增加，存在一个H2型滞后环，这是由于毛细管凝聚作用造成的。发生毛细作用的压力较高说明介孔的孔径较大，滞后环很陡，且直立部分具有一个平行性，表明孔道有一定的有序性。
图3（b）为采用BJH方程由脱附曲线计算得到氧化铝粉体的孔径分布曲线。可以看出，氧化铝粉体的孔径分布范围较宽，主要集中在17～80 nm之间，且介孔材料的孔径为2～50 nm，所以制得的氧化铝粉体大部分为介孔结构。氧化铝粉体的平均孔径为23.4 nm，孔容为0.92 cm3/g，BET计算得到其比表面积高达145.7 m2/g，而采用该方法经水解溶胶-凝胶法合成氧化铝粉体的BET比表面积一般在100 m2/g以下。这表明采用非水解溶胶-凝胶法制备的氧化铝粉体活性高比表面积大，且具有一定的介孔结构。
3 结 论
采用非水解溶胶-凝胶法可在900 ℃合成出高活性γ-Al2O3粉体，其工艺简单、原料廉价，合成的粉体颗粒间存在纳米孔道结构，其比表面积145.7 m2/g，平均孔径为23.4 nm，孔容为0.92 cm3/g，具有作为催化剂载体及吸附剂的应用潜力。
参 考 文 献
[1]Kim Y，Kim C，Choi I，et al.Arsenic removal using mesoporous alumina prepared via a templating method[J].Environmental science & technology.2004，38（3）：924-931.
[2]陶桥，林健，陈江翠，等.非水解溶胶-凝胶法制备氧化钇稳定氧化锆粉体[J].材料科学与工程学报.2010，28（1）：49-51.
[3]Niederberger M，Garnweitner G，Niederberge M.Organic reaction pathways in the nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles[J].Chemistry - A European Journal.2006，12（28）：7282-7302.
[4]Janackovic D j， Orlovic A， Skala D， et al. Synthesis of nanostructured mullite from xerogel and aerogel obtained by the non-hydrolytic sol-gel method[J]. Nanostructured Materials， 1999， 12（1-4）：147-150.
[5]黄能武.介孔氧化铝的制备与应用[D].天津：天津大学.2010.
[6]Hazan Y D， Shter G E， Cohen Y， et al. The evolution of microstructure in nonhydrolytic alumina xerogels[J].Journal of Sol-Gel Science and Technology.1999，14（3）：233-247.
关键词 氧化铝；粉体；非水解溶胶-凝胶法
0 引 言
高活性γ-Al2O3粉体因其具有比表面积高、孔道结构丰富且相互贯通以及物化性能稳定，成为理想吸附及催化载体材料，在吸附、分离及催化等领域具有很大的应用潜力。水解溶胶-凝胶法是制备γ-Al2O3的常用方法之一，由于金属铝醇盐不仅水解反应速度快，较难控制，而且具有一定的毒性且价格昂贵，所以对生产条件要求高。非水解溶胶-凝胶法是直接通过反应物之间的脱卤代烷或脱醚缩聚反应形成凝胶的合成方法，具有工艺简单、易于控制、原料价格低廉，制得的粉体具有多孔结构活性高等优点。因此，本文采用非水解溶胶-凝胶法制备高活性γ-Al2O3粉体，并对其进行测试表征。
1 实 验
1.1 实验方法
原料：无水氯化铝、二氯甲烷、异丙醚，以上原料为分析纯，未经进一步提纯处理。
方法：称取3.58 g无水三氯化铝，依次加入15 ml二氯甲烷和5.64 ml无水异丙醚，磁力搅拌直至溶液澄清。将混合溶液移入带聚四氟乙烯内衬的反应容弹中，在110 ℃保温18 h引发非水解反应，冷却至室温，取出凝胶于70 ℃下真空干燥5 h，得到褐色干凝胶。再经900 ℃煅烧0.5 h，升温速率5 ℃/min，得到白色的氧化铝粉体。
1.2 测试与表征
采用日本理学株式会社D/MAX2500PC型X射线衍射仪分析所得产物的晶相组成，扫描角度為10～80°，扫描速度为10 °/min，衍射仪的辐射源靶材为Cu靶Kα。利用日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜观察粉体的形貌。采用美国康塔公司的NOVA2200e型表面积和孔径分析仪进行测定，N2为吸附质。在液氮温度下测定，采用BET法计算比表面积和孔径。
2 结果与讨论
2.1 物相分析
采用非水解溶胶-凝胶法制备的氧化铝干凝胶经900 ℃煅烧0.5h后获得粉体的XRD图谱见图1。
由图1可知，氧化铝凝胶经900 ℃煅烧后获得粉体的XRD图谱中，在2θ对为37.4°、46.3°和67.3°等处出现了γ-Al2O3晶体（JCPDS卡片10-0425）的特征衍射峰，这说明粉体的主晶相为高活性γ-Al2O3晶相，而且图谱中X射线衍射峰有不同程度的展宽现象，表明γ-Al2O3晶体颗粒尺寸较小。
2.2 形貌分析
采用SEM表征了氧化铝干凝胶经900℃煅烧后粉体的形貌，见图2。
结果发现，采用非水解溶胶-凝胶法合成氧化铝粉体呈颗粒状，颗粒尺寸较为均匀，颗粒表面较为光滑，平均粒径在90nm左右。尽管有少量由不同形貌的颗粒连在一起的结块现象。但是，颗粒间存在不同程度的孔道结构，孔道结构为蠕虫状，孔径大小、形状较为均匀。
2.3比表面积和孔径分析
为了进一步分析粉体的孔径大小及分布，利用BET表征了氧化铝凝胶经900℃煅烧0.5h后所得粉体的N2吸附与脱附等温曲线以及孔径分布，见图3。
图3（a）看出，N2吸附/脱附等温曲线为典型的IV类型的封闭滞后回环。在低压下N2吸附滞后现象不明显，在相对压力P/P0<0.7时，N2的吸附量增加较小，表明在低压下样品的微观粒子排列规整，只产生单分子层吸附。当相对压力P/P0超过0.7时，N2吸附体积迅速增加，存在一个H2型滞后环，这是由于毛细管凝聚作用造成的。发生毛细作用的压力较高说明介孔的孔径较大，滞后环很陡，且直立部分具有一个平行性，表明孔道有一定的有序性。
图3（b）为采用BJH方程由脱附曲线计算得到氧化铝粉体的孔径分布曲线。可以看出，氧化铝粉体的孔径分布范围较宽，主要集中在17～80 nm之间，且介孔材料的孔径为2～50 nm，所以制得的氧化铝粉体大部分为介孔结构。氧化铝粉体的平均孔径为23.4 nm，孔容为0.92 cm3/g，BET计算得到其比表面积高达145.7 m2/g，而采用该方法经水解溶胶-凝胶法合成氧化铝粉体的BET比表面积一般在100 m2/g以下。这表明采用非水解溶胶-凝胶法制备的氧化铝粉体活性高比表面积大，且具有一定的介孔结构。
3 结 论
采用非水解溶胶-凝胶法可在900 ℃合成出高活性γ-Al2O3粉体，其工艺简单、原料廉价，合成的粉体颗粒间存在纳米孔道结构，其比表面积145.7 m2/g，平均孔径为23.4 nm，孔容为0.92 cm3/g，具有作为催化剂载体及吸附剂的应用潜力。
参 考 文 献
[1]Kim Y，Kim C，Choi I，et al.Arsenic removal using mesoporous alumina prepared via a templating method[J].Environmental science & technology.2004，38（3）：924-931.
[2]陶桥，林健，陈江翠，等.非水解溶胶-凝胶法制备氧化钇稳定氧化锆粉体[J].材料科学与工程学报.2010，28（1）：49-51.
[3]Niederberger M，Garnweitner G，Niederberge M.Organic reaction pathways in the nonaqueous synthesis of metal oxide nanoparticles[J].Chemistry - A European Journal.2006，12（28）：7282-7302.
[4]Janackovic D j， Orlovic A， Skala D， et al. Synthesis of nanostructured mullite from xerogel and aerogel obtained by the non-hydrolytic sol-gel method[J]. Nanostructured Materials， 1999， 12（1-4）：147-150.
[5]黄能武.介孔氧化铝的制备与应用[D].天津：天津大学.2010.
[6]Hazan Y D， Shter G E， Cohen Y， et al. The evolution of microstructure in nonhydrolytic alumina xerogels[J].Journal of Sol-Gel Science and Technology.1999，14（3）：233-247.