一種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及稀土摻雜氧化鋁納米材料的制備方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米顆粒具有的獨(dú)特性質(zhì)使其在催化劑、功能材料、復(fù)合材料、光學(xué)材料及陶瓷材料等方面有著廣闊的現(xiàn)實(shí)與潛在的應(yīng)用前景。例如，納米顆粒具有高的比表面積和高的表面活性，將其用于催化材料有顯著的催化效率。
[0003]眾所周知，氧化鋁在煅燒過程中會(huì)發(fā)生一系列的相變，最終得到穩(wěn)定相的氧化鋁(a-Al2O3),其中中間態(tài)的晶型為過渡態(tài)氧化鋁，并且過渡態(tài)氧化鋁中Y-Al2O3和S-Al2O3由于比表面積大、晶相溫度范圍廣、表面又具備酸性等特性被稱為活性氧化鋁，已廣泛用于催化劑載體。但對(duì)于汽車尾氣凈化、催化燃燒等高溫反應(yīng)體系，在實(shí)際操作中催化劑床層的溫度常常高于1000度，氧化鋁表面的燒結(jié)和α相變會(huì)引起表面積劇減并導(dǎo)致催化劑失活，因此在催化領(lǐng)域需要熱穩(wěn)定性高的活性氧化鋁，提高氧化鋁的熱穩(wěn)定性具有重要的實(shí)際意義。
[0004]研究發(fā)現(xiàn)，添加雜質(zhì)元素可以提高活性氧化鋁的熱穩(wěn)定性，用作改善氧化鋁熱穩(wěn)定性的添加劑一般為稀土金屬氧化物、堿土金屬氧化物等，且效果顯著，目前在改善氧化鋁的熱穩(wěn)定性時(shí)，常常采用浸漬的方式(加入添加劑)，即對(duì)氧化鋁的表面進(jìn)行改性，通過改性來增加氧化鋁的穩(wěn)定性，對(duì)其他添加方式缺乏研究。
[0005]鑒于以上，本發(fā)明提供了一種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法及其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述問題，提供了一種摻雜均勻，晶體孔徑均一的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的是通過水熱法制備的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料與氧化鋁納米材料相比，具有較高的熱穩(wěn)定性。
[0008]本發(fā)明還有一個(gè)目的是制備的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料可用于吸附水中的砷，且吸附效果好。
[0009]為此，本發(fā)明提供了一種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一、配制濃度為0.2?0.7mol/L的硫酸鋁溶液；
[0011 ] 步驟二、按照鈉/鋁的物質(zhì)的量為2:1?8:1的比例，在高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽中稱取氫氧化鈉和固體氫氧化鋁，然后加水至100g，將所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽放入高壓反應(yīng)釜中于70?120°C，30?50r/min的轉(zhuǎn)速下放置2h，然后在150?180°C靜置2h，得到偏鋁酸鈉溶液；
[0012]步驟三、在800?1300r/min的攪拌速度下，將所述偏鋁酸鈉溶液以I?3滴/秒的滴加速度滴加到所述硫酸鋁溶液中，至PH值為8.0?10.0，得到懸浮液；
[0013]步驟四、將所述懸浮液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，將所述反應(yīng)釜置于溫度為50?80°C，轉(zhuǎn)速為10?30r/min的條件下老化6?10h，得到白色沉淀物；
[0014]步驟五、用去離子水對(duì)所述白色沉淀物進(jìn)行洗滌，至洗滌液與氯化鋇反應(yīng)不生成沉淀且洗滌液的PH值為7.0為止，得到洗滌后白色沉淀物；
[0015]步驟六、按照洗滌后白色沉淀物:水:十六烷基三乙基溴化銨的質(zhì)量比為1:16:0.02，將所述洗滌后白色沉淀物和十六烷基三乙基溴化銨加入水中，得到混合液；
[0016]步驟七、按照稀土硝酸釔與硫酸鋁溶液的物質(zhì)的量之比為1%?10%，將所述稀土硝酸釔加入到所述混合液中，獲得稀土混合液；
[0017]步驟八、將所述稀土混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并置于120?200°C的溫度下進(jìn)行靜態(tài)晶化，然后在80°C下對(duì)其進(jìn)行干燥，獲得稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的前驅(qū)體；
[0018]步驟九、將所述稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的前驅(qū)體在500?1200°C下進(jìn)行煅燒，獲得稀土釔摻雜氧化鋁納米材料。
[0019]采用兩步法制備稀土釔摻雜的氧化鋁納米材料，由于在堿性環(huán)境下稀土釔容易生成沉淀，為了避免由于氫氧化釔沉淀的產(chǎn)生而影響摻雜效果，首先選擇在堿性條件下生成白色沉淀物，所述白色沉淀物為硫酸鋁與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成的薄水鋁石，通過洗滌將PH值降到7左右并且將硫酸根離子除去，然后在進(jìn)行稀土離子的摻雜，在摻雜過程中為了保證摻雜均勻和晶體的孔徑均勻，先添加了表面活性劑CTAB，然后進(jìn)行摻雜；煅燒溫度會(huì)影響稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的比表面積，因此不同煅燒溫度制備的納米材料具有不同的用途。
[0020]優(yōu)選的是，其中，所述步驟八中，靜態(tài)晶化的時(shí)間為10?30h。
[0021]優(yōu)選的是，其中，所述步驟四的溫度為60?70°C，老化時(shí)間為8h。
[0022]優(yōu)選的是，其中，所述步驟八中靜態(tài)晶化時(shí)間為16h。
[0023]優(yōu)選的是，其中，所述步驟九中煅燒溫度為500?600°C。
[0024]優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，當(dāng)pH值不大于6.0時(shí)，所述攪拌速度為800?1000r/min ;當(dāng)pH值大于6.0時(shí)，所述攪拌速度為1000?1300r/min。
[0025]一種所述的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料用于吸附水中的砷，包括以下步驟:
[0026]步驟一、稱取0.1g?0.5g所述稀土釔摻雜氧化鋁納米材料，將其加入到10mL待測(cè)砷溶液中，在室溫下連續(xù)攪拌10?ISOmin后進(jìn)行過濾，獲得吸附后溶液；
[0027]步驟二、采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法分別測(cè)量所述待測(cè)砷溶液和所述吸附后溶液中砷的濃度，并計(jì)算吸附率和吸附容量。
[0028]優(yōu)選的是，其中，所述吸附率和吸附容量分別為:
[0029]W = (C0-Ct)/C0* 100% ；
[0030]Q= (C0-Ct) V/m；
[0031]其中，W為吸附率，Q為吸附容量，C。為待測(cè)砷溶液的濃度，C t時(shí)間吸附后溶液的濃度，V為待測(cè)砷溶液的體積為稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的質(zhì)量。
[0032]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0033]1、本發(fā)明通過水熱合成法制備出稀土釔摻雜的氧化鋁納米材料，與以往稀土氧化物對(duì)氧化鋁表面改性不同，通過本發(fā)明的制備方法，稀土釔離子可進(jìn)入氧化鋁的晶格并通過阻止鋁離子的擴(kuò)散而穩(wěn)定氧化鋁的結(jié)構(gòu)，限制顆粒之間的接觸，從而抑制燒結(jié)，使氧化鋁載體在高溫老化后仍能具有一定的比表面積。
[0034]2、本發(fā)明采用兩步法制備稀土釔摻雜的氧化鋁納米材料，由于在堿性環(huán)境下稀土釔容易生成沉淀，為了避免由于氫氧化釔沉淀的產(chǎn)生而影響摻雜效果，首先選擇在堿性條件下生成白色沉淀物，所述白色沉淀物為硫酸鋁與偏鋁酸鈉反應(yīng)生成的薄水鋁石，通過洗滌將PH值降到7左右并且將硫酸根離子除去，然后在進(jìn)行稀土離子的摻雜，在摻雜過程中為了保證摻雜均勻和晶體的孔徑均勻，首先添加了表面活性劑CTAB，然后進(jìn)行摻雜；煅燒溫度會(huì)影響稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的比表面積，因此不同煅燒溫度制備的納米材料具有不同的用途。
[0035]3、本發(fā)明制備的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料具有摻雜均勻，晶體孔徑均一的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過高溫煅燒后的納米材料具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，因此稀土釔摻雜氧化鋁納米材料較氧化鋁納米材料具有更寬的適用范圍。
[0036]4、本發(fā)明選擇較低的煅燒溫度制備的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料可用于吸附水中的砷，且具有優(yōu)良的吸附效果。
[0037]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0039]<實(shí)施例1>
[0040]一種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0041]步驟一、配制濃度為0.2mol/L的硫酸鋁溶液；
[0042]步驟二、按照鈉/鋁的物質(zhì)的量為2:1的比例，在高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽中稱取氫氧化鈉和固體氫氧化鋁，然后加水至100g，將所述高壓反應(yīng)釜的內(nèi)膽放入高壓反應(yīng)釜中于70°C, 30?50r/min的轉(zhuǎn)速下放置2h，然后在150°C靜置2h，得到偏鋁酸鈉溶液；
[0043]步驟三、在800?1300r/min的攪拌速度下，將所述偏鋁酸鈉溶液以I滴/秒的滴加速度滴加到所述硫酸鋁溶液中，至PH值為8.0，得到懸浮液；當(dāng)pH值不大于6.0時(shí)，所述攪拌速度為800?1000r/min ;當(dāng)pH值大于6.0時(shí)，所述攪拌速度為1000?1300r/min ；
[0044]步驟四、將所述懸浮液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，將所述反應(yīng)釜置于溫度為50 V，轉(zhuǎn)速為10?30r/min的條件下老化6h，得到白色沉淀物；
[0045]步驟五、用去離子水對(duì)所述白色沉淀物進(jìn)行洗滌，至洗滌液與氯化鋇反應(yīng)不生成沉淀且洗滌液的PH值為7.0為止，得到洗滌后白色沉淀物；
[0046]步驟六、按照洗滌后白色沉淀物:水:十六烷基三乙基溴化銨的質(zhì)量比為1:16:0.02，將所述洗滌后白色沉淀物和十六烷基三乙基溴化銨加入水中，得到混合液；
[0047]步驟七、按照稀土硝酸釔與硫酸鋁溶液的物質(zhì)的量之比為I %，將所述稀土硝酸釔加入到所述混合液中，獲得稀土混合液；
[0048]步驟八、將所述稀土混合液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，并置于120°C的溫度下進(jìn)行靜態(tài)晶化，然后在80°C下對(duì)其進(jìn)行干燥，獲得稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的前驅(qū)體；
[0049]步驟九、將所述稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的前驅(qū)體在800°C下進(jìn)行煅燒，獲得稀土釔摻雜氧化鋁納米材料。
[0050]該稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的粒徑為18nm，且粒徑均勻。經(jīng)800°C煅燒得到的稀土釔摻雜氧化鋁納米材料沒有出現(xiàn)氧化釔的特征峰，為Y-Al2O3和Θ -Al 203的特征峰。
[0051]〈實(shí)施例2>
[0052]—種稀土釔摻雜氧化鋁納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0053]步驟一、配制濃度為0.7mol/