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可控形貌氧化铝的制备及吸附性能的研究

程莎  
【摘要】:Al2O3纳米材料由于具有高比表面积、好的热稳定性、高介电常数、低成本等特性,在吸附剂、催化剂、催化剂载体、功能陶瓷、复合材料增强剂和新结构材料合成等诸多领域都有广泛的应用。而Al2O3纳米材料的性质和应用很大程度上依靠它的形貌和结构,所以近些年,合成具有特殊微结构的形貌可控的Al2O3纳米材料已受到许多学者关注,不同形貌的Al2O3纳米材料也被相继报道,如,Al2O3纤维、纳米棒、纳米针、纳米片、纳米球、花状等。本文以传统水热法为基础,通过改变原材料、表面活性剂种类,调节水热温度、保温时间、水解速度等条件,合成了不同形貌的Al2O3纳米粉体,并以刚果红作为模拟污染物,研究了所制备的样品的吸附性能。(1)以Al(NO3)3·9H2O作为铝源,尿素为添加剂,聚乙二醇(PEG)为表面活性剂,采用传统水热法成功合成了纯度较高的麦穗状Al2O3纳米粉体,煅烧不同温度来分析热处理过程中样品晶相的转变,同时研究了水热保温时间对产物形貌和微结构的影响,并以此推理麦穗状超级结构形成的可能机理。结果表明随着保温时间的增加,先是自组装过程进一步进行,之后,奥斯特瓦尔德熟化过程的发生导致麦穗状结构完全崩塌。吸附性能测试表明,样品对有机污染物有很好的去除效果。(2)无任何表面活性剂辅助的情况下,采用传统水热法,仅以Al(NO3)3·9H2O和尿素为原料,通过改变其水热保温时间制备出不同形貌的Al2O3纳米粉体。实验结果表明水热过程中保温时间对产物的形貌有很大影响,并对比性研究了有表面活性剂和无表面活性剂时样品可能的不同生长机理。吸附性能测试表明无表面活性剂辅助合成的Al2O3纳米粉体对有机污染物也具有很好的去除能力。(3)利用阴阳离子双水解原理,使用Na Al O2与Al(NO3)3·9H2O、Al Cl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O为原材料,合成三种尺寸可控的Al2O3纳米粉体,其形貌分别为四边形纳米薄片组成的线团状、纳米棒、不规则纳米片。在这种合成策略中,Al3+和Al O2-相互促进作用,使铝源的水解反应能在真正意义上快速达到完全,缩短了反应时间,同时,整个反应过程也避免调节p H值。相较于传统的水热法,这种策略更适合工业量化生产。(4)使用有机铝源C9H2 1Al O3为原材料,不需要任何其它添加剂,通过传统水热法合成了六边形Al2O3纳米薄片。实验结果表明,尝试使用不用的铝源可以获得不同结构的Al2O3纳米材料。吸附性能测试结果表明,最终的样品依然对有机污染物有很好的去除能力。


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