桂花叶形貌Al2O3陶瓷的制备及其吸附-光催化性能

王 博，贺辛亥，张 婷，孙萌萌

（西安工程大学 材料工程学院，陕西 西安 710048）

0 引 言

自然界生物经过亿万年的进化形成了特殊的微观形貌，使得生物表现出特殊的性能。利用生物模板法复制获得具有生物特殊微观形貌的金属氧化物，吸附性能和光催化性能优异，可作为光催化剂和吸附剂有效降解有机污染物，吸附有害气体和金属离子［1-3］，是治理空气和水污染等环境污染的有效途径，具有广泛的应用前景［4-7］。而金属氧化物的形貌和结构特征是影响其光催化和吸附性能的关键因素，高性能催化剂和吸附剂的设计和制备是其应用的关键。树叶因其特有的空间结构，可以通过光合作用，将太阳能转换为自身生长所需的化学能，其空间结构在太阳光吸收、能量转化和传输过程中发挥着重要的作用，从宏观尺度到纳米尺度具有良好进化的分层微结构［8］。

近年来，研究人员以棉花为模板制备具有高表面体积比分级结构的Al2O3陶瓷纤维［9-10］；KAPLIN等将木屑成功用作生物模板合成出Ce0.8Zr0.2O2和CuOCe0.8Zr0.2O2催化剂［11］；JIANG 等采用纺织技术和模板法，以苎麻纤维和无机聚合物为原料，制备具有织物结构形态的Al2O3多孔陶瓷［12］；文献［13-16］以天然植物为原料制备了具有三维网络结构的碳基复合材料，应用于屏蔽电磁干扰；ERDOGAN等利用三叶草花粉作为初始生物载体表面，合成了TiO2微球对空气和水有着净化能力［17］；QIAN等通过硝酸铈渗透矿化莲花花粉模板制备多孔CeO2球体，合成的氧化铈光催化活性较高，并在太阳照射下去除亚甲基蓝（MB）的能力显著［18］；FAN 等以木炭为模板，合成了生物形态的Al2O3，并进一步在生物形态的Al2O3纳米孔中组装了银纳米颗粒［19］；ZHANG等以纤维素纳米纤维为模板剂，成功地合成了具有不同通道性质的介孔γ-Al2O3材料及其催化剂，且工业应用前景良好［20］；高小媛以鸡毛和棉花等天然纤维为模板，精确复制了天然纤维微结构的Al2O3等氧化物纤维，并关联分析了其降解甲基橙的光催化性能与温度、前驱体浓度和晶化时间等制备参数之间的关系［21］；SHE等以菠菜叶片为生物模板，制备了Au/ZnO 光催化剂，在环境净化和太阳能发电能量转换方面具有潜在的应用价值［22］。因此，基于不同生物的精细微纳结构，开发具有不同特性，适用于不同应用需求的多功能材料是新材料设计和制备的有效路径。在工业生产中，以Al2O3作为金属氧化物材料比TiO2更易于制备且成本更加低廉，但以树叶为生物模板，Al2O3为原材料制备具有分级结构的光催化材料的报道较少。

本文以桂花树叶为生物模板，以无毒、易于制备，成本低廉的Al2O3为金属氧化物材料，通过预处理、浸渍、干燥和焙烧工艺，从宏观尺度到纳米尺度复制树叶的三维精细分层多孔结构，制备功能性Al2O3。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂

新鲜桂花树叶（陕西地区）；氢氧化钠溶液（分析纯，国药集团化学试剂公司）；盐酸（分析纯，国药集团化学试剂公司）；无水乙醇溶液（分析纯，天津市富宇精细化工有限公司）；去离子水（自制）；MB（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；九水合硝酸铝（分析纯，天津大茂化学试剂厂）。

1.1.2 仪器

电子天平（ME204E/02，梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S，上海力辰邦西仪器科技有限公司）；数控超声波清洗器（KQ-100DE，昆山市超声仪器有限公司）；鼓风干燥箱（DHG-9070A，上海豫康科教设备有限公司）；马弗炉（BR-17M，郑州博纳热窑炉有限公司）；X