一種氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的制備方法，屬于碳復合材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]氧化鋁(Al2O3)是一種重要的陶瓷材料，具有高強度、耐腐蝕、抗氧化、表面積大等優點，可應用于吸收劑、催化劑載體和復合材料增強物。納米氧化鋁的制備方法主要有:化學沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法等，可制備出粒徑小、比表面積大的氧化鋁納米粒子，但由于氧化鋁極性強，團聚較嚴重，影響其催化性能。利用碳材料承載納米氧化鋁，能提高其分散性和比表面積,從而提高其催化效率。
[0003]目前，有關制備氧化鋁/碳復合材料的報道不多。Li等將碳納米管加入到硝酸鋁(Al(NO3)3)水溶液中浸泡，然后在氮氣氣氛下于500°C煅燒2小時，制備出海綿狀氧化鋁/碳納米管的復合材料，并研究其對水中氟離子的吸附性能。Lee等采用氣相沉積法，通過碳納米管內部填充和表面覆蓋氧化鋁，制備氧化鋁納米線和納米管。
【發明內容】
[0004]本發明目的是提供一種原料易得、成本低、制備過程簡易的氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的制備方法。
[0005]本發明實現過程如下:
一種氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的制備方法:在密閉容器中，將水溶性糖類化合物和水溶性高分子溶于水，然后加入可溶性鋁鹽或氫氧化鋁，在140?30(TC反應，經干燥后在300?1500°C惰性氣氛下煅燒得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0006]上述反應優選的反應溫度為160?230°C ;干燥過程采用烘干、冷凍干燥或二氧化碳超臨界干燥，優選為冷凍干燥或二氧化碳超臨界干燥，干燥后的碳氣凝膠進一步在惰性氣氛下經過500?1200°C煅燒處理可提高其含碳量，并有利于打開閉塞的孔道，比表面積得到增加；向反應體系中加入有機酸或堿后制備的碳氣凝膠彈性較好且緊致。
[0007]所述的糖類化合物選自單糖、二糖、低聚糖、多糖，所述的糖類化合物選自葡萄糖、果糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖、水蘇糖、棉籽糖、異麥芽酮糖、乳酮糖、低聚果糖、低聚木糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖、低聚異麥芽酮糖、低聚龍膽糖、大豆低聚糖、低聚殼聚糖、環糊精、淀粉、酸改性淀粉、氧化淀粉、白糊精、黃色糊精、淡黃色糊精、乙酸化淀粉、辛基琥珀酸鈉鹽淀粉、羥丙基化淀粉醚、環氧乙烷交聯淀粉、淀粉膠、淀粉乙酸膠、羧基淀粉膠、耐水淀粉膠、纖維素、半纖維素、糖元、木糖、阿拉伯膠、粘多糖。
[0008]所述的水溶性高分子為聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚乳酸、聚馬來酸、聚天冬氨酸、聚環氧琥珀酸、甲殼質、聚乙烯醇。
[0009]所述的可溶性鋁鹽選自硫酸鋁、氯化鋁、醋酸鋁、硝酸鋁、明礬、偏鋁酸鈉、異丙醇招。
[0010]上述糖類化合物和水溶性高分子的質量比為1:6?1:0.005，優選為1:1?1:0.05 ;糖類化合物與水的質量比為1:60?1:0.5，優選為1:30?1:1，糖類化合物和可溶性鋁鹽的質量比為1:2?1:0.05。
[0011]反應體系中加入有機酸或堿，所述的有機酸或堿選自乙酸、甲酸、乙二酸、丙烯酸、
苯甲酸、氨水、吡唆、三乙胺、三乙醇胺、單乙醇胺、四甲基氫氧化銨、二異丙基乙基氨、二乙烯三胺、奎寧。
[0012]本發明碳凝膠的形成機理如下:糖類化合物是含有多羥基醛、多羥基酮以及能水解而生成多羥基醛或多羥基酮的有機化合物，水溶性高分子含有豐富的羧基、羥基或氨基的高聚物，在酸或堿的催化下，經過高溫水熱反應可形成交聯的網狀結構，最終水熱炭化得到多孔的碳凝膠材料。
[0013]本發明原料易得，制備過程簡單，成本低，綠色無毒，所得的氧化鋁/碳氣凝膠復合材料質輕、孔隙率高，可用于催化劑、氣敏元件、電池固體電解隔膜、鋼液測氧探頭等材料。
【附圖說明】
[0014]圖1為實施例1、2、9、12、20、27、29、30制備的氧化鋁-碳凝膠的圖片；
圖2為實施例1煅燒得到的氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的XRD圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例1
將1g葡萄糖和6g聚乙烯吡咯烷酮(K30)溶于60mL水中，然后加入1.5g六水合三氯化鋁，將混合液轉移至密閉反應釜中，在200°C下反應5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠見圖1 (a)，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下600°C煅燒5小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。圖2為煅燒得到的氧化鋁/碳氣凝膠復合材料的XRD圖，其為無定型氧化鋁。元素分析結果表明含碳量為88%。
[0016]實施例2
將5.5g蔗糖和0.5g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于20mL水中，然后加入0.96g六水合三氯化鋁，將混合液轉移至密閉反應釜中，在200°C下反應5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠見圖1 (b)，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下1000°C煅燒2小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0017]實施例3
將5g乳糖和0.6g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁和1mL乙酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在200°C下反應5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下KKKTC煅燒4小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0018]實施例4
將7g水蘇糖和Ig聚丙烯酸鈉(Mw =5000000?7000000)溶于25mL水中，然后加入0.16g氫氧化鋁和7mL乙酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在180°C下反應7小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，經二氧化碳超臨界干燥后在氮氣氣氛下700°C煅燒5小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0019]實施例5
將Ig異麥芽酮糖和0.05g水解聚丙酰胺溶于5mL水中，然后加入0.24g六水合三氯化鋁、0.1g醋酸鋁和4mL丙烯酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在190°C下反應6小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下900°C煅燒4小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0020]實施例6
將5g棉籽糖和0.7g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于15mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁和6mL冰乙酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在200°C下反應5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下100(TC煅燒4小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0021]實施例7
將5g 土豆淀粉和0.8g丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物溶于30mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁，將混合液轉移至密閉反應釜中，在170°C下反應10小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，經冷凍干燥后在氮氣氣氛下500°C煅燒7小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0022]實施例8
將7g低聚殼聚糖和0.Sg聚馬來酸溶于15mL水中，然后加入0.16g氫氧化鋁，將混合液轉移至密閉反應釜中，在170°C下反應10小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經二氧化碳超臨界干燥后在氮氣氣氛下1000°C煅燒2小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0023]實施例9
將5g β -環糊精和Ig聚馬來酸溶于25mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁和3.5mL 二乙烯三胺，將混合液轉移至密閉反應釜中，在240°C下反應3.5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠見圖1 (C)，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下800°C煅燒5小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0024]實施例10
將4gi3 -環糊精和1.5g聚乙烯吡咯烷酮(K30)溶于25mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁，將混合液轉移至密閉反應釜中，在230°C下反應4小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經二氧化碳超臨界干燥后在氮氣氣氛下800°C煅燒5小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0025]實施例11
將3g白糊精和1.5g聚丙烯酰胺(Mw:2000000?14000000)溶于20mL水中，然后加入0.48g六水合三氯化鋁和3mL三乙胺，將混合液轉移至密閉反應釜中，在210°C下反應5.5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下800°C煅燒5小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0026]實施例12
將6g葡萄糖和1.0g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于19mL水中，然后加Λ 0.96g六水合三氯化鋁和1mL甲酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在200°C下反應5小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠見圖1 (d)，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下700°C煅燒6小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0027]實施例13
將5g辛基琥珀酸鈉鹽淀粉和0.5g聚丙烯酰胺(Mw =2000000?14000000)溶于1mL水中，然后加入0.32g氫氧化鋁和9mL苯甲酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在160°C下反應10小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下800°C煅燒4小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0028]實施例14
將7g羧基淀粉膠和0.55g聚天冬氨酸溶于17mL水中，然后加入0.96g六水合三氯化鋁和7mL乙二酸，將混合液轉移至密閉反應釜中，在170°C下反應9小時，反應結束后得到圓柱狀凝膠，凝膠經冷凍干燥后在氮氣氣氛下1000°C煅燒2小時得到氧化鋁/碳氣凝膠復合材料。
[0029]實施例