專利名稱：一種氧化鋁納米管及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型氧化鋁納米管。
本發明還涉及上述納米管的制備方法。
本發明還涉及上述納米管的應用。
背景技術：
納米管是一種一維的納米材料，在介觀領域和納米器件研制方面有著重要的應用前景，它可用作掃描隧道顯微鏡的針尖、納米器件和超大集成電路中的連線、光導纖維、微電子學方面的微型鉆頭以及復合材料的增強劑等。其主要的制備方法主要有化學氣相沉積法、熱解法、激光燒蝕法、電弧法、電化學法、自組裝、濺射法及碳納米管模板法等。氧化鋁具有密度低、強度高、韌性大的特點，是一種重要的功能陶瓷及催化劑材料。目前氧化鋁納米管的制備主要采用以下幾種方法碳納米管模板法、Al或Si/Al膜的電化學陽極氧化法、高溫熱解法以及自組裝法。
1997年，B.C.Satishkumar等將異丙醇鋁的凝膠覆蓋在碳納米管上，再經過高溫處理除去碳模板而首次得到了氧化鋁的納米管。2001年，南京大學的濮林等采用電化學陽極氧化的方法得到了氧化鋁納米管。2003年，韓國的H.J.Kim等則使用不同的表面活性劑(包括十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基胺、棕櫚酸及棕櫚醇聚氧乙烯醚)為模板劑，仲丁氧基鋁為鋁源在水熱條件下得到了氧化鋁納米管。同年，中山大學的匡代彬等則是采用十六烷基三甲基溴化銨和結晶三氯化鋁為原料得到了氧化鋁的納米管。但是到目前為止，采用磺酸鹽陰離子表面活性劑為模板制備氧化鋁納米管的方法還未見報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種氧化鋁納米管。
本發明的又一目的在于提供上述氧化鋁納米管的制備方法。
為實現上述目的，本發明提供的氧化鋁納米管，其管壁由氧化鋁構成，管內為磺酸鹽型陰離子表面活性劑。該復合氧化鋁納米管中，氧化鋁以無定形晶態存在，管為開口管，單獨或成簇存在，直徑在6-8nm，長度從10nm到200nm不等。其X射線衍射的主要特征峰如表1所示表1
本發明制備復合氧化鋁納米管的過程如下(A)按比例將鋁源物質、表面活性劑和水在20-70℃條件下攪拌混合均勻，得到初始凝膠混合物；(B)將pH值調節劑加入到步驟A得到的初始凝膠混合物中，在持續攪拌的條件下調節至pH值4.5-6.5范圍內，得到含有沉淀的混合物；(C)將步驟B得到的混合物料移入到合成釜中密封，在50-160℃晶化，晶化時間沒有嚴格限定，一般在2-120小時即可；(D)將步驟C晶化后得到的固體產物與母液分離，用去離子水洗滌至中性，再以95％的乙醇洗滌3-4次，在40-70℃烘箱中干燥后得到表面活性劑復合的氧化鋁納米管。
在上述本發明復合氧化鋁納米管的制備過程中，所用的鋁源為六水合三氯化鋁或九水合硝酸鋁中的一種或兩種的混合物；表面活性劑為十二烷基磺酸鈉；pH值調節劑為25％的氨水、65-70％的乙胺水溶液、二乙胺或三乙胺中的一種或幾種的混合物。
各原料之間的配比(按氧化物的摩爾比)為
H2O/Al2O3＝200-1000；R/Al2O3＝0.05-0.50；R為表面活性劑。
另外，將上述制備的復合的氧化鋁納米管在含有0.1-0.5mol/l乙酸銨的有機溶液中進行離子交換12-120小時，再在40-70℃烘箱中干燥后得到脫除表面活性劑的氧化鋁納米管。在進行離子交換時，使用的有機溶劑是甲醇、乙醇或丙醇中的一種或幾種的混合物。
圖1為本發明實施例1的透射電鏡圖片。
圖2為本發明實施例4的透射電鏡圖片。
圖3為本發明實施例5的N2吸附-脫附等溫線。
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發明。
實施例1將2.8g十二烷基磺酸鈉溶解在70ml 50℃的去離子水中得到溶液A，將22.9g九水合硝酸鋁溶解在40ml的去離子水中得到溶液B。將溶液B在攪拌的條件下緩慢的加入到溶液A中，而后再在50℃條件下繼續攪拌至得到均勻的凝膠狀產物。最后將12.0g氨水(含NH3·H2O 25％)滴加到上述的凝膠狀產物中，得到有白色沉淀的混合物。將此混合物料移入到不銹鋼合成釜中密封。在120℃及自生壓力下晶化90小時，固體產物用去離子水洗滌至中性，再以95％的乙醇洗滌4次，在50℃空氣中烘干，得到表面活性劑復合的氧化鋁納米管，其XRD分析結果如表2所示。圖1給出的是TEM結果。
實施例2將2.8g十二烷基磺酸鈉溶解在70ml 50℃的去離子水中得到溶液A，將14.8g六水合氯化鋁溶解在44ml的去離子水中得到溶液B。將溶液B在攪拌的條件下緩慢的加入到溶液A中，而后再在50℃條件下繼續攪拌至得到均勻的凝膠狀產物。最后將12.0g氨水(含NH3·H2O 25％)滴加到上述的凝膠狀產物中，得到有白色沉淀的混合物。將此混合物料移入到不銹鋼合成釜中密封。在120℃及自生壓力下晶化90小時，固體產物用去離子水洗滌至中性，再以95％的乙醇洗滌4次，在50℃空氣中烘干，得到表面活性劑復合的氧化鋁納米管。其XRD分析結果列于表3中。
實施例3將2.8g十二烷基磺酸鈉溶解在70ml 50℃的去離子水中得到溶液A，將22.9g九水合硝酸鋁溶解在40ml的去離子水中得到溶液B。將溶液B在攪拌的條件下緩慢的加入到溶液A中，而后再在50℃條件下繼續攪拌至得到均勻的凝膠狀產物。最后將10.2g乙胺水溶液(含乙胺65～70％)滴加到上述的凝膠狀產物中，得到有白色沉淀的混合物。將此混合物料移入到不銹鋼合成釜中密封。在120℃及自生壓力下晶化90小時，固體產物用去離子水洗滌至中性，再以95％的乙醇洗滌4次，在50℃空氣中烘干，得到表面活性劑復合的氧化鋁納米管。其XRD分析結果如表4所示。
實施例4將實施例1中得到的復合氧化鋁納米管2.0g放在500ml的燒杯中，加入300ml 0.2M的乙酸銨的乙醇溶液，攪拌4天，得到氧化鋁納米管。XRD及透射電鏡分析結果分別示于表5及圖2中。
實施例5將實施例4中得到的氧化鋁納米管進行N2吸附分析如圖3所示，其比表面積為225.4m2·g-1，孔容為0.44cm3·g-1，平均孔徑為7.79nm。
由上述實施例的結果可以看到，本發明采用烷基磺酸鈉陰離子表面活性劑為模板劑并控制模板劑的用量和合成條件，可以合成出表面活性劑復合的氧化鋁納米管。該過程簡便，反應條件易于控制。另外，本發明所合成的磺酸鹽型陰離子表面活性劑復合的氧化鋁納米管可以經過離子交換過程除去模板劑，得到氧化鋁納米管，可以用于應用于催化、吸附分離等領域。
表2-5分別為本發明實施例1-4的XRD分析結果。
表2
表3
表4
表5
權利要求
1.一種表面活性劑復合的氧化鋁納米管，管壁由氧化鋁構成，管內為磺酸鹽型陰離子表面活性劑，納米管為開口管，單獨或成簇存在，直徑為6-8nm，長度為10-200nm，且具有如下XRD分析特征結構No. 2θd()1 2.597～3.157 33.99158～27.965042 5.176～6.529 17.05983～13.527433 18.250～22.482 4.85726～3.95159。
2.制備權利要求1所述氧化鋁納米管的方法，以磺酸鹽型陰離子表面活性劑作為模板劑，采用水熱合成技術直接進行合成，步驟為A)按后述摩爾比將鋁源物質、表面活性劑和水在20-70℃條件下攪拌混合均勻，得到初始凝膠混合物，H2O/Al2O3＝200-1000，R/Al2O3＝0.05-0.50，其中R為表面活性劑；B)將pH值調節劑加入到步驟A得到的初始凝膠混合物中，調節至pH值4.5-6.5范圍內，得到含有沉淀的混合物；C)將步驟B得到的混合物料移入到合成釜中密封，在50-160℃晶化2-120小時；D)將步驟C晶化后得到的固體產物與母液分離，用去離子水洗滌至中性，再以95％的乙醇洗滌3-4次，在40-70℃烘箱中干燥后得到表面活性劑復合的氧化鋁納米管。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，所述磺酸鹽型陰離子表面活性劑為十烷基磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十四烷基磺酸鈉或/和十六烷基磺酸鈉。
4.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，所述鋁源為三氯化鋁或/和硝酸鋁。
5.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，所述pH值調節劑為25％的氨水、65-70％的乙胺水溶液、二乙胺或/和三乙胺。
6.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟D的復合氧化鋁納米管在含有0.1-0.5mol/l乙酸銨的有機溶液中進行離子交換12-120小時，再在40-70℃烘箱中干燥后得到氧化鋁納米管。
7.按照權利要求6所述的方法，其特征在于，所述有機溶劑為甲醇、乙醇或/和丙醇。
8.權利要求1所述的復合氧化鋁納米管在催化、吸附分離以及納米元器件領域中的應用。
全文摘要
本發明涉及一種表面活性劑復合的氧化鋁納米管，其管壁由氧化鋁構成，管內為磺酸鹽型陰離子表面活性劑。該復合氧化鋁納米管為開口管，單獨或成簇存在，直徑在6－8nm，長度從10nm到200nm不等。其制備方法是以磺酸鹽型陰離子表面活性劑作為模板劑，通過水熱合成得到。該納米管通過離子交換可以將表面活性劑脫除，得到氧化鋁納米管。交換后的納米管的直徑范圍在3－10nm。該種氧化鋁納米管可應用于催化、吸附分離以及納米元器件等領域。
文檔編號C01F7/00GK1927696SQ20051008637
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者曲麗紅, 劉中民, 許磊, 楊越 申請人:中國科學院大連化學物理研究所