CN100534904C - 采用熔盐煅烧法制备纳米Al2O3的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用熔盐辅助煅烧法制备纳米Al2O3的方法，属化学化工技术领垢。本发明采用化学沉淀法，以Na2CO3水溶液为沉淀剂，在40℃温水浴和强烈搅拌条件下，分两步以不同的滴加速度住AlCl3水溶液中加入Na2CO3水溶液，得到含有白色凝胶状的沉淀，陈化一段时间后进行抽滤、洗涤，将前驱物于60℃干燥后，加入熔盐硝酸盐在真空炉中进行煅烧，煅烧温度为350～750℃，煅烧时间为0.5～2.0小时；前驱物与熔盐的重量比为1∶6～1∶12。然后将煅烧产物随炉冷却，经洗涤、干燥后最终得到纳米Al2O3白色粉体。本发明方法通过控制熔盐的种类和添加量，可得到不同粒径和晶相的产物。本发明方法工艺简单，且具有较高质量的纳米Al2O3产物。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用熔盐煅烧法制备纳米Al2O3的方法，属化学化工技术领垢。
背景技术
纳米Al2O3由于具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、光学稳定性、电学性、催化性以及良好的生物相容性，在耐磨、绝缘、阻燃、催化、微电子元件等领域具有特殊的用途，成为一种应用最广、需求最迫切的纳米材料。
Al2O3有很多晶型，目前发现的在十二种以上，其中a-Al2O3高温稳定相，其他均为不稳定的过渡晶相，在高温下可以转变为a相，通过需要在1230℃以上。γ相是最常见的低温晶型，具有面心立方晶格，属于采晶石结构。γ-Al2O3具有很强的吸附能力，在化工、环境和石油领域具有广泛的应用。
传统制备纳米Al2O3粉体大多数采用的是气相法和液相法。气相法的优点是反应条件可以控制、产物易精致，只要控制反应气体的种类和分压就可以获得颗粒细小、无团聚或少团聚的纳米Al2O3颗粒，如中国专利CN1420082、CN1398787、CN1289723等，但是，该方法要求原料在反应前必须完全气化，这需要消耗很多能量，而且反应中需要大量惰性气体，导致生产效率低，同时由于设备复杂，粉末的收集困难等原因不适合大规模生产。液相法的显著优点是：对于很复杂的材料也可以获得化学均匀性很高的纳米微粒，而且成末相对较低，产量也较大，制备方便，不需要很苛刻的条件，适合大规模生产。如中国专利CN1341559、CN1342609、CN1583567，但是通常使用的铝的醇盐价格昂贵，而且有些需要有毒的有机溶剂或者在高温高压的条件下才能反应。沉淀法作为液相法中最简单、相对高效且可大批量生产的方法，但是大多数方法要控制PH值，实验复杂，成本高，如中国专利CN1184078、CN1631785等，本发明采用沉淀法，利用熔盐辅助技术制备纳米Al2O3粉体，这种方法可以缩短工艺流程，使设备投资小，产品成本低。
发明内容
本发明的目的在提供一种通过采用熔盐煅烧法制备纳米Al2O3粉体的新方法。
本发明一种采用熔盐辅助煅烧法制备纳米Al2O3的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
a.用去离子水配制一定浓度的AlCl3和Na2CO3水溶液备用；AlCl3水溶液的浓度为0.2～0.6mol/L，Na2CO3水溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；
b.在30～60℃恒温水浴和强烈搅拌条件下，分两步以不同滴加速度在上述的AlCl3水溶剂中加入作用沉淀剂的Na2CO3水溶液；第一步，在10～20min时间内以600～1000ml/h的滴加速度加入60～80％的沉淀剂Na2CO3溶液；第二步在15～25min时间内以较慢滴加速度200～300ml/h加入剩余的沉淀剂Na2CO3溶液；
c.Na2CO3水溶液滴加完毕后，在30～60℃水浴加热条件下持续反应30～60min；
d.将上述反应所得的含有白色凝胶状沉淀的母液陈化一段时间后，进行抽滤，并采用去离子水、无水乙醇对沉淀物进行多次洗涤；将得到的前驱物置于40～60℃的干燥箱中干燥；
e.将上述所得的干燥前驱物与熔盐按一定比例均匀混合；熔盐为NaNO3、KNO3、LiNO3硝酸盐中的任一种；前驱物与熔盐的重量比例为1∶6～1∶12；将上述前驱物与熔盐的混合物放在真空炉中，在350～700℃温度下进行煅烧，煅烧时间为0.5～2.0h；
f.将上述的煅烧产物随炉冷却至室温后，再次用无水乙醇、去离子水进行多次洗涤，洗去多余的熔盐，经干燥后最终得到纳米Al2O3的白色粉体。
本发明方法利用熔盐辅助煅烧的技术来制备纳米Al2O3粉体，其工艺简单，操作方便，成本低廉。
本发明中加入熔盐辅助煅烧的方法可促进Al2O3晶相的转变。
附图说明
图1为添加不同熔盐Li、Na、K硝酸盐的前驱物350℃煅烧后最终产物的XRD图。
图2为添加NiNO3熔盐的前驱物550℃煅烧后最终产物的XRD图。
图3为添加不同熔盐辅助煅烧后产物的TEM图。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例一：本实施例的制备步骤如下：
(1)用去离子水配制0.4mol/L的AlCl3水溶液和1mol/L的Na2CO3水溶液备用；
(2)将上述的Na2CO3水溶液作为沉淀剂，在40℃恒温水浴和强烈搅拌条件下，分两步在上述的AlCl3水溶液中加入Na2CO3水溶液；第一步，前15min内以800ml/L的滴加速度快速加入70％的Na2CO3溶液沉淀剂；第二步，在20min内以240ml/h滴加速度慢速加入剩余30％的Na2CO3溶液沉淀剂；
(3)Na2CO3水溶液滴加完毕后，在40℃水浴加热条件下持续反应30min；
(4)将上述反应所得的含有白色凝胶状沉淀的母液陈化一定时间后，进行抽滤，并采用去离子水、无水乙醇对沉淀物进行三次洗涤；将得到的前驱物置于60℃的干燥箱中干燥；
(5)将上述所得的干燥前驱物与熔盐Na2CO3按1∶6的重量比例均匀混合，然后将该混合物放在真空炉中，在350℃温度下进行煅烧1h；
(6)将上述煅烧产物随炉冷却至室温后，再次用无水乙醇和去离子水进行三次洗涤，洗去多余的熔盐，经干燥后最终得到纳米Al2O3白色粉体。
实施例二：本实施例的制备步骤如下：
(1)用去离子水配制0.4mol/L的AlCl3水溶液和1mol/L的Na2CO3水溶液备用；
(2)将上述的Na2CO3水溶液作为沉淀剂，在40℃恒温水浴和强烈搅拌条件下，分两步在上述的AlCl3水溶液中加入Na2CO3水溶液；第一步，前15min内以800ml/L的滴加速度快速加入70％的Na2CO3溶液沉淀剂；第二步，在20min内以240ml/h滴加速度慢速加入剩余30％的Na2CO3溶液沉淀剂；
(3)Na2CO3水溶液滴加完毕后，在40℃水浴加热条件下持续反应30min；
(4)将上述反应所得的含有白色凝胶状沉淀的母液陈化一定时间后，进行抽滤，并采用去离子水、无水乙醇对沉淀物进行三次洗涤；将得到的前驱物置于60℃的干燥箱中干燥；
(5)将上述所得的干燥前驱物与熔盐KNO3按1∶6的重量比例均匀混合，然后将该混合物放在真空炉中，在350℃温度下进行煅烧1h；
(6)将上述煅烧产物随炉冷却至室温后，再次用无水乙醇和去离子水进行三次洗涤，洗去多余的熔盐，经干燥后最终得到纳米。
实施例三：本实施例的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是：在第5步骤中采用的熔盐为LiNO3，且前驱物与熔盐LiNO3按1∶6的重量比例混合，混合物在真空炉中于350℃温度下煅烧1小时，经洗涤干燥后最终制得纳米Al2O3。
实施例四：本实施例的制备过程和步骤与上述实施例1完全相同。不同的是：在第5步骤中采用的熔盐为LiNO3，且前驱物与熔盐LiNO3按1∶12的重量比例混合，混合物在真空炉中于550℃温度下煅烧1小时，经洗涤干燥后最终制得纳米Al2O3。
对上述实施例所得产物的仪器测试：
(1)将上述实施例1～4样品进行XRD测试，其测试结果见图1和图2。图1、图2中分别是在350℃和550℃下不同熔盐NaNO3、KNO3、LiNO3辅助煅烧后产物的XRD图。不同温度下直接煅烧后，产物均可标定为立方相Al2O3。在550℃下产物结晶状况好于350℃。添加6倍一元熔盐煅烧结果，产物衍射峰可以标定为γ-Al2O3；添加12倍一元LiNO3熔盐在550℃煅烧后，产物的衍射峰也标定为γ-Al2O3。说明在相同温度下，添加熔盐导致了产物晶相发生了变化。
(2)将实施例1～4所得到的样品进行TEM测试，由TEM图可得知，350℃煅烧条件下，样品Al2O3中100～200nm颗粒；添加6倍一元熔盐后，样品的形貌也有不同的变化，Al2O3(加NaNO3熔盐)为20nm左右的片状结晶状态；产物Al2O3(加NiNO3熔盐)中出现大的片状结构，厚度在30～40nm。在550℃温度下，添加12倍NiNO3后，产物Al2O3粒径减小，约20nm左右。
Claims (1)
1.一种采用熔盐辅助煅烧法制备纳米Al2O3的方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：
a.用去离子水配制一定浓度的AlCl3和Na2CO3水溶液备用；AlCl3水溶液的浓度为0.2～0.6mol/L，Na2CO3水溶液的浓度为0.8～1.2mol/L；
b.在30～60℃恒温水浴和强烈搅拌条件下，分两步以不同滴加速度在上述的AlCl3水溶剂中加入作用沉淀剂的Na2CO3水溶液；第一步，在10～20min时间内以600～1000ml/h的滴加速度加入60～80％的沉淀剂Na2CO3溶液；第二步在15～25min时间内以较慢滴加速度200～300ml/h加入剩余的沉淀剂Na2CO3溶液；
c.Na2CO3水溶液滴加完毕后，在30～60℃水浴加热条件下持续反应30～60min；
d.将上述反应所得的含有白色凝胶状沉淀的母液陈化一段时间后，进行抽滤，并采用去离子水、无水乙醇对沉淀物进行多次洗涤；将得到的前驱物置于40～60℃的干燥箱中干燥；
e.将上述所得的干燥前驱物与熔盐按一定比例均匀混合；熔盐为NaNO3、KNO3、LiNO3硝酸盐中的任一种；前驱物与熔盐的重量比例为1∶6～1∶12；将上述前驱物与熔盐的混合物放在真空炉中，在350～700℃温度下进行煅烧，煅烧时间为0.5～2.0h；
f.将上述的煅烧产物随炉冷却至室温后，再次用无水乙醇、去离子水进行多次洗涤，洗去多余的熔盐，经干燥后最终得到纳米Al2O3的白色粉体。
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