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介孔氧化鋁材料功能化處理有哪些好處?
2019年04月08日 發布 分類侮斥癱︰粉體加工技術 點擊量輸賂︰185
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介孔氧化鋁以其高比表面積杰環、高孔隙率和排列長程有序的孔道得火,在催化妥盒、吸附等領域具有巨大的應用前景誠。隨著工業化生產要求的不斷提高表,普通介孔氧化鋁的使用逐漸受到限制顯,制備高性能的功能化介孔氧化鋁材料將具有重大意義粕。功能化介孔氧化鋁材料具有較高的催化活性晤辜、較強的機械和水熱穩定性糧,不僅在催化壟固、吸附領域受到極大重視鎂盎考,而且延伸到光學擰、醫學等重要領域盛澀峽。

1  納米片狀介孔氧化鋁SEM圖片

普通介孔氧化鋁材料存在自身的不足水楷,比如介孔氧化鋁骨架處于無定形狀態雹師,具有較少的質子給予體和電子對受體中心建,在一些催化領域難以滿足其應用要求射,這就需要對介孔氧化鋁材料進行功能化改性施。

常見的改性基團可以大體分為以下幾種情況投︰

1)金屬雜原子(Fe黃頓、Co接療、Ni粕挽、Cu詩里醇、Zn銻洶統、Pd叢縣芍、Pt滅、Zr);

2)金屬氧化物(TiO2協犯、NiO顧餞、Co3 O4死場回、CuO缺瞄、Cu2 O撼、Re2O7);

3)雙金屬元素(Mo-V僑幌、Ni-Mg石茂、Ni-Pd疲當媚、NiMgO稼、Ce-ZrO);

4)雜多酸(磷鎢酸等);

5)有機金屬配合物(堿金屬配體節千、 菁類金屬配合物等);

6)有機基團(氨基凡婁承、甲基三乙氧基 烷池、聚二甲基 氧烷等)溜壇。

上述的基團可以通過原位合成法和浸漬法摻雜到介孔氧化鋁骨架里或負載到介孔氧化鋁表面上憋鈍。研究表明暖,經過功能化改性後的介孔氧化鋁材料在許多催化反應中表現出更好的活性伺縣示、選擇性和穩定性研究表明季抱,經過功能化改性後的介孔氧化鋁材料在許多催化反應中表現出更好的活性瓖灌仿、選擇性和穩定性蛂C

一特、功能化介孔氧化鋁的制備方法

功能化介孔氧化鋁的制備方法主要有原位合成法必亢瘧、浸漬法燃、沉澱法平冷勿、離子交換法澇、機械混合法和熔融法等竅涪。目前先幣,最常用的兩種方法為原位合成法和浸漬法前。

1鉤泊、原位合成法

原位合成法又叫一步合成法捻,是在制備介孔氧化鋁的過程中加入某種改性基團技滄霉,對材料的骨架結構進行修飾履,從而使材料骨架更加穩定倘、催化性能更加優良頸獎墑。

基于原位合成法得到的介孔氧化鋁材料最大的優點就是負載量大憨澱勿, 孔結構有序性較好警朝, 並且功能化基團與載體的作用力較強伎郊車, 在催化反應過程中不易引起活性組分的脫落寂, 進而使固體酸性催化劑的催化性能得到提高妨屢半。

2戶、浸漬法

浸漬法是直接將制備好的介孔氧化鋁浸入到修飾物當中醒肆肯,經過處理得到功能化介孔氧化鋁材料釜限險,從而實現材料催化性能劇徘完、吸附性能等的增強繃蝦壕。

相比原位合成法局朽烈,浸漬法得到的介孔氧化鋁材料孔結構相對穩定戊,元素分散性較好堪裙,並且吸附性能較高顆,但其缺點就是活性組分與載體間的作用力較弱伶廉,很容易受到外界因素干擾而降低催化活性罰方海。

二蒼、功能化介孔氧化鋁的種類

功能化介孔氧化鋁主要分為金屬雜原子功能化碴、金屬氧化物功能化媽、雙金屬元素功能化第、雜多酸功能化情聞溫、有機金屬配合物功能化天萄。

1竟胖苦、金屬雜原子功能化

目前算據皆,研究者采用浸漬法將Fe負載到介孔氧化鋁上制備出固體催化劑夸,並將其應用到CO還原SO2的反應中辣倦擎。研究結果表明相比純介孔二氧化 慈啼媚,經功能化改性的介孔氧化鋁材料具有較好的催化活性貶剔呂,SO2能夠得到完全轉化遂,從而大大降低能量損耗蹦,同時對產物具有較好的選擇性埃盼。

通過蒸發誘導自組裝的方法制備出高度有序介孔Co/Al2O3材料啊奧楷,相比等體積浸漬法隸,該方法得到的材料顯示出更好的六方有序介孔結構普姜、較大的比表面積和孔體積緘,並且其催化活性和選擇性較高齡豆。另外Co能夠均勻地分散到介孔孔道中煥渙親,形成的Co-O-Al 鍵能夠有效地增加四配位和五配位骨架鋁的數量尼朔靈,從而進一步促使la型Al-OH種類的形成撅迷,為苯乙烯氧化反應提供活性中心胎濫夠。

2竭鼓爛、金屬氧化物功能化

金屬氧化物功能化目前研究報道的金屬氧化物主要有TiO2NiO梳解吠。例如在酸性條件下嬌,通過將金屬鋁醇鹽和非離子嵌段共聚物的乙醇溶液混合發生自組裝反應灘吾, 制備出TiO2/Al2O3功能型介孔材料睫嚷。研究結果顯示艦,當材料中TiO2的摩爾百分比較低時勸適,該材料具有有序的介孔結構部堆,當材料中TiO2的摩爾百分比在 50%∼75% 之間時圈,該材料具有蠕蟲狀介孔結構趴,另外得到的材料比表面積高達 438 m2 /g勸俱味,孔徑和孔體積大而可調繁,並且具有較高的熱穩定性說燒澇。

3菩、雙金屬元素功能化

雙金屬元素功能化是以非離子三嵌段共聚物為模板瓜免,異丙醇鋁作為鋁源前軀體訛, 分別采用原位合成法和浸漬法合成出負載 Ni-Co 雙金屬氧化物的介孔氧化鋁材料淪握藉, 經過對材料的結構和性能進行表征發現涕冀,原位合成法制備的材料具有較大的比表面積和規整的孔道結構恃擂,且負載的金屬氧化物分散度較高仙煤, 而浸漬法得到的材料介孔結構被破壞並生成 Co3O4 晶相氖。對材料的催化性能做進一步研究顯示拉嘗,原位合成法合成的催化劑催化性能遠高于浸漬法制備的催化劑卯碗鵑。

4吮警蛔、雜多酸功能化

雜多酸功能化是將甲基三氧化錸引入到酸修飾的介孔氧化鋁材料上墩端渴,制備出具有高比表面積報墨、孔徑分布相對均勻的功能化介孔氧化鋁材料釜腸,可將其應用到帶有官能團的烯烴復分解反應中內,結果表明碧匪堵,這種非均相催化劑相比其它均相催化劑能夠有效加快烯烴的復分解反應乃。考慮到有機合成的經濟性和環保性防描,這種催化劑具有良好的應用前景新。

不同功能化介孔氧化鋁材料的結構參數

功能化基團

SBET(m2.g-1

Vp(cm3.g-1

Dp(nm)

Co

198

0.5

9.8

V

256

0.47

5.33

TiO2

438

0.48

7.53

NiO

250

0.32

6.35

Ni-MgO

197

0.16

3.5

Rh2O3-NiO

297

0.66

4.5

 

三絲拳筋、功能化介孔氧化鋁應用

1隋禱賂、催化領域

將甲基三氧化錸( MTO) 負載到 ZnCl2 功能化的介孔氧化鋁上搗關隊,結果顯示相比 Grubbs 二代均相催化劑狡扒聊, MTO-ZnCl2-Al2O3型催化劑對三油精具有較高的化學選擇性葦降,並且在烯烴類復分解反應中表現出較好的催化活性和選擇性精漢, 從而代替使用昂貴的均相催化劑和有毒類錸基催化劑權鏈。

2  功能化介孔氧化鋁應用于催化領域

2努軌、吸附分離領域

采用浸漬法制備出CuO摻雜的介孔氧化鋁材料拘庫倪,該材料對飲用水中的氟離子具有更強的吸附能力瓦,相比未修飾的介孔氧化鋁吸附劑聚乏,其吸附能力能從2. 232提升到7.770mg/g瀑,從而使飲用水中的氟離子量達到飲用標準粱。此外氨基功能化的介孔氧化鋁材料慣,隨後將四乙基五胺通過浸漬法引入到上述材料中寐刑良,得到的材料對 Cr具有較強的吸附性能飛,其吸附能力高達59.5mg /g什慣阮,Al2 O3功能型多相吸附劑在生物化學抑菌和水源淨化方面具有潛在的應用前景饋掀豌。

3蝕宋、其它領域

Cu 摻雜到介孔氧化鋁中制備出具有納米級孔徑結構的研磨劑部, 這種材料被用來對硬盤進行打磨從而研究其機械拋光性能唱床琶, 結果顯示相比普通介孔氧化鋁和固體氧化鋁境南保,Cu 摻雜的介孔氧化鋁研磨劑具有較大的材料切除率馱,被打磨的硬盤表面更為平整光滑搐匈催。通過浸漬法將Fe引入到介孔氧化鋁材料中涸,成功制備出一種光-芬頓催化劑牽,這種催化劑在光照條件下能夠降解有機染料(酸性藍井、活性藍)範,少量的Fe/Al2O3光催化劑就能快速降解廢水中的有機染料哼, 且降解率幾乎達到100% 庫畢彩。

參考文獻潛吃︰

1掠、董家鑫畏捌躬,王曉鐘歧吐, 連海霞等撻輸媽,功能化介孔氧化鋁材料的制備及應用進展冗,中國材料進展匙客。

2絛完、徐如人僑烽策,龐文琴節埂,于吉紅等倍狄郎,分子篩與多孔材料化學恢混時。

作者鈴︰樂心


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