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A路线矿物合成介孔假薄铝石及其转化为氧化铝-à \ ³

*通信:

伊德里斯·马哈马特·亚亚哈桑IER大学，科学与技术学院应用化学与环境系，BP 577，卡萨布兰卡路线，塞塔特(摩洛哥)，电话:+235 99456764或+212622144771，电子邮件: (电子邮件保护)

摘要

本工作报道了一种介孔假薄铝石的合成，没有使用有机试剂。在pH=7和常压温度为60°C的溶液中沉淀，碱性熔融铝土矿，得到了比表面积为317 m2/g的介孔假薄铝石。盐酸(HCl)被用作沉淀剂。相比之下，这一次对相同的溶液重复相同的过程，但在不同的25°C温度下，得到了无定形凝胶低特定的表面。因此，合成溶液的温度对所制产品的结构性质有相当大的影响，特别是对体积和孔径的影响。因此，非晶态凝胶具有低孔隙体积和平均孔径均高于假薄云母石。此外，用这种简单的方法得到的假薄云母石转化得到了比表面积为272 m2/g的纳米尖晶石晶格氧化铝-γ。所得氧化铝-γ的结构研究几乎保持了伪薄云母的拓扑取向性能。对合成产物进行表征的分析方法有EDX、XRD、FTIR、SEM和BET。

关键字

Pseudoboehmite;介孔;碱性融合;降水;氧化铝-γ;比表面

简介

假薄铝石，实际上是纳米晶薄铝石[1-3.γ-氧化铝(γ-ALOOH)的化学分子式(γ-ALOOH)，是γ-氧化铝的来源，一直是许多关于其形态和颗粒大小的研究的主题[4-7］．这种对假薄铝石的尺寸和形状的特别兴趣为实现过渡氧化铝用作催化剂或催化剂载体提供了重要信息。除了作为氧化铝γ的来源应用外，它还应用于环境污染［8-12］．假薄铝石的合成方法有几种，最常见的是沉淀法和溶胶-凝胶法[13］．然而，不同文章中的大多数boehmitites对象都是由AlCl等铝盐合成的_3.,艾尔。₂(所以₄）_3.等。但D. Panias等报道了根据改进的Bayer工艺从铝土矿中合成薄铝石[14]，在高浓度的碱性溶液中制成一种薄云石颗粒种子，以影响薄云石沉淀到不同的温度和ph值。P Manivasakan等人也报道了这种方法。[15]，氧化铝-γ纳米是由铝土矿的碱性熔化所获得的溶液的沉淀物合成的，然后是煅烧后研磨氧化铝的整个机制。P Manivasakan等人在任何情况下都没有表明他们获得了一种薄铝石，而是谈论了一种含水氧化铝无定形沉淀物。而本文报道的这项工作讨论了通过沉淀合成假薄铝石，其前体是温度为60°C的溶液，来自碱性铝土矿熔化。在500℃的温度下，从假薄铝石转变为过渡氧化铝。因此，这些在pH=7时得到的沉淀物不是P Manivasakan等人所描述的简单的氢氧化铝。但它确实是一种纳米晶薄铝石介孔。本文将进一步说明合成过程的细节。

材料与方法

材料

采购的化学品为SIGMA-ALDRICH的37% HCl和NaOH。产于乍得西南部地区的铝土矿(BX)。

由原铝土矿合成假薄铝石

该合成方法与Manivasakan等人报道的方法略有不同。[16］．熔炼在500◦C。在锆坩埚中，将来自乍得西南部地区的铝土矿(BX)和NaOH (BX /NaOH比为0.33)干混合2小时。相比之下，Manivasakan等人报告了66.67%质量的原生铝土矿和33.33%质量的氢氧化钠的混合物，熔化温度为600℃，持续3小时。但是，将熔化后得到的溶液，即通常所说的拜耳液，分成两种溶液，第一种溶液温度保持在25℃，第二种溶液温度保持在60℃。为了在pH=7时获得凝胶，在每个溶液上滴加HCl (3M)酸溶液，在简单和连续搅拌下进行。沉淀经历了一夜老化在他们的股票溶液室温无搅拌。与P Manivasakan和al的报道相反，他们说在80°C老化。最后，通过过滤将产物凝胶分离，滤液用蒸馏水冲洗多次，然后在80°C下干燥6 h，得到γ-ALOOH粉末。为了简化读数，我们记录了BN25在25°C和BN60在60°C下获得的凝胶。

假薄铝石向氧化铝γ的转变

在马弗炉中，在500℃的恒温条件下，加热速率为5℃min，焙烧5h，得到了氧化铝的转变^－1．

采用CuK x射线粉末衍射仪(XRD, D2PHASER BRUKER of Bragg-Brentano)对合成的假薄云石和氧化铝样品进行了结构表征_α作为辐射源(λ=1.5406Å)。样品在10 ~ 80°的2θ范围内进行。

一台FTIR光谱仪(Vertex 70 DTGS仪器)模型覆盖范围为400-4000厘米^－1)进行了伪薄云母和氧化铝的光谱分析。所有样品的比表面积(SSA)采用BET法计算，使用BET表面积分析仪(Micromeritics;模型:3 flex)。假薄云母和非晶态薄云母样品在110℃下真空脱气6 h以去除物理吸附的水分，氧化铝样品在250℃下脱气3h。用N₂在液氮温度(- 196◦C)下的吸附-解吸测量。根据barrett - joyne - halenda (BJH)模型计算解吸孔径分布、平均孔径和总孔体积。用能量色散(EDX)分析样品的组成。光谱法(vega3 tescan edx)。

结果与讨论

25℃合成凝胶的XRD表征给出了一种非晶态薄云母的非晶态光谱(图1一个)．对于极薄铝石，一般观察到无020反射的薄铝石无定形低微晶尺寸。但是光谱图1 b是一种假薄铝石，其在2θ(13.57、27.80、38.10、48.93、64.76和71.56)上的峰的出现与其他研究结果一致[17］．在d (hkl)较大值的0.657 nm处出现峰值(020)是由于晶体的纳米级尺寸[18］．根据Okada等人的研究，薄云石的020 d-间距随着晶粒尺寸的减小而增大。研究发现，这种膨胀是由于层数有限和薄云母结构层间多余的水[19］．

采用Scherer方程计算了所有假薄云母和氧化铝样品的晶粒尺寸。

其中D为晶体尺寸，k为舍勒常数(k=0.9)， λ为x射线波长，H为半最大全宽(FWHM)，使用origin软件计算。

利用Scherrer方程计算得到，薄云石BN60的反射(020)晶粒尺寸为1.57 (nm)。而γ-氧化铝(BN60)在500℃煅烧时的反应。根据反射(440)是1.53(nm)。

图2为500℃煅烧假薄云母BN60的XRD谱图。该光谱在500°C下获得。HS Potdar等鉴定为氧化铝-γ尖晶石网络[20.］．其他研究人员[21]也得到了这种结构的氧化铝，在500◦C虽然合成方法，原料和比例和性质的杂质是不一样的。的光谱水平在2θ的26°出现一个峰图2属于二氧化硅。BN60的EDX光谱也证实了这种二氧化硅的存在。

本文研究了紫砂中boehnites的红外光谱分析图3在不同的振动区域显示了带状的外观。假薄云母(BN60)在80°C (图3)与Frost等人的研究结果完全一致。[22］．条带约为735、619.41和490 cm^－1均归因于薄云母的拉伸和弯曲模式。1074.51厘米处的条带^－1为薄云母AlO-H键羟基对称弯曲的特征模式，随煅烧温度升高而消失[23］．条带位于1637.05 cm左右^－1还有3436.58厘米的大带子^－1被分配到拉伸和弯曲模式的吸附水。2096.09 cm处为弱带^－1为BN60和2083.42 cm^－1被分配到一个组合波段[24］．煅烧氧化铝在500℃时的FTIR光谱在3460.71 cm和1637.42 cm处也表现出水的拉伸和弯曲模式的特征波段^－1（图3 b)．吸收峰在600 ~ 800 cm之间^－1所有样品的拉伸和振动模式都是由硅原子的拉伸和振动模式引起的₄嗨,₆和羟基[25］．在1520和1406 cm处有吸收峰^－1在500°C煅烧的氧化铝的光谱FTIR是由于碳-碳(C-C)变形的存在。

BN25、BN60和氧化铝-γ样品的吸附和解吸等温线(图4)只能是带有H3迟滞回线的IV型。但是福阿德等人。26]，以及S Kirchner等人。[27]，将这种类型归为II型等温线，这种磁滞环是由于狭缝形式孔隙的存在。其他研究人员[28这些等温线是具有狭缝状孔隙的平面状纳米结构的特征。实际上，SEM提供的图像显示BN60处有平面颗粒。因此，其他样品的颗粒也是扁平的。BJH孔径分布曲线图4(BN25),图4(BN60)和图4(氧化铝-γ)给出以4.73 nm点为中心的孔径范围为2和15 nm的BN60。另一方面，BN25的粒径分布曲线几乎呈双峰分布，为双孔径体系，峰分别以3.8 nm和6.88 nm为中心。-γ氧化铝的孔径平均值约为6.15 nm。BN25的窄孔径和宽孔径双峰分布表明其组织不均匀，同时结晶和团聚体致密。虽然BN60和氧化铝-γ的孔径分布(PSD)很广，但这使它们具有非均匀的晶体和聚集体组织。表1根据BJH法和表面BET面积，得到平均孔径和总孔隙体积值。这种相对较高的氧化铝-γ比表面值，在无添加剂的情况下，是沉淀条件、非晶态氢氧化物的相互转化和过饱和条件共同作用的结果[29］．根据IUPAC分类，介孔颗粒在(2-50 nm)范围内。因此，得到的薄铝石和氧化铝都是介孔的。

表1:平均孔隙直径，总孔隙体积和表面积

假薄云母(γ-AlOOH) BN60的成分含有0.6%的Si, 0.2%的Fe, 59.0%的O和40.3%的Al (表2而且图5)．但是，用扫描电镜测定了薄云母的形貌。晶体确实难以观察，但扫描电镜图像(图6)显示平面颗粒的集合体。所以我们面对的是粒子的平面形态。据报道，这种形态是由于与薄云母合成有关的过程[30.，31］．

表2:假薄云母(γ-AlOOH) BN60的组成。

结论

在25◦C和60◦C的温度下，通过简单的搅拌，将碱性铝土矿熔化，然后沉淀溶液，我们分别合成了纳米尺寸的无定形凝胶和薄铝石。BN60转化为过渡氧化铝，在500℃时得到尖晶石相γ-氧化铝，比表面积为272 m²/ g。氮气等温线和孔径分布曲线的分析表明，在25℃或60℃时得到的产物和氧化铝-γ均为介孔材料，其颗粒呈扁平状。用该方法合成了高比表面积的薄铝石，可作为环境修复领域的吸附剂和制造工业催化剂的良好来源。

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