CN100577571C

CN100577571C - 一种氧化铝纳米粉体的制备方法

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Publication number: CN100577571C
Application number: CN200510086825A
Authority: CN
Inventors: 谭强强; 齐智平; 童建忠
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2005-11-10
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: CN1962447A

Abstract

一种氧化铝纳米粉体的制备方法，首先将有机分散剂溶液，加入反应初始溶液中分别制成含有分散剂的均匀含铝分散反应溶液和碱性分散反应溶液；再将含铝分散反应溶液加入碱性分散反应溶液中，进行超声化学反应，得到浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体经超声洗涤、干燥、热处理得到氧化铝纳米粉体。本发明制备工艺简单、便于操作，易于工业化生产。

Description

一种氧化铝纳米粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝纳米粉体的制备方法。

技术背景

纳米氧化铝粉体是一种粒径尺寸在1nm～100nm范围内的微粒。氧化铝具有高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，纳米氧化铝具有更为优异的物理化学性质，因而在精细陶瓷、复合材料、电子工业、冶金化工等领域都有广泛的应用[119]。随着高新技术的不断发展，对材料的要求越来越高，如粒度超细化、颗粒均匀化、组份高纯化、制备过程低温环保化等等。纳米材料以其表面效应、量子尺寸效应以及体积效应等特性，使材料领域进入一个崭新的发展阶段。制备纳米氧化铝粉体的方法很多，如蒸发冷凝法、化学沉淀法、水热合成法、热解法、固相反应法、超声雾化法、超重力碳分法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法等，其中溶胶-凝胶法多利用铝的有机醇盐作为原料，在一定条件下加入少量分散剂，使其水解、凝胶化，再经真空干燥，控制热解温度，最终制得纳米氧化铝粉体，该方法虽然能够制得纳米粉体，但原料价格高且工艺流程长，排胶过程中存在环境污染；而蒸发冷凝法、化学气相沉积法和水热合成等方法常存在工艺因素复杂，操作难度大和设备昂贵及不易实现工业化生产等问题；化学沉淀法，常采用铵盐作为沉淀剂，然后经热处理得到纳米粉体，原材料成本较低，所需设备简单，制备过程工艺参数易于控制，但存在产物粒度分布宽等缺点。

超声化学是近年来材料有机化学合成和新材料制备领域的一个新的分支学科。其主要是利用超声波通过液体介质向四周传播，当其能量足够大时液体介质中会产生超生空化现象，并产生速度约为110m·s-1的具有强烈冲击力的微射流，同时液体处于高频振荡状态。超声空化效应能够增加非均相反应的表面积，更新反应界面，改善界面间的传质速率并促进新相的生成，因此将超声波与化学反应相结合形成了高能化学的一个新方向，并且在新材料制备技术中的应用日益广泛。

中国专利CN03147969.3中公开了一种溶胶-凝胶法制备超细氧化铝粉体的方法。主要利用氯化铝经不完全热解、溶解、精密过滤、溶胶、凝胶、干燥、煅烧转相超细粉碎制得各种晶型氧化铝。所得粉体比表面积较大、活性高。主要在工艺过程中主要采用碱液快速喷入铝溶胶中，并对凝胶进行喷雾干燥或冷凝干燥，再进行煅烧得到氧化铝，整个工艺工序复杂、过程周期长。

中国专利CN200410102804.9中公开了一种用于催化剂载体涂层材料的高纯超细活性氧化铝制备方法，主要以工业氢氧化铝为原料，用硫酸溶解形成硫酸铝，然后加入含有模板导向剂水合含碳氧化铝前驱体的碳酸氢铵作为中和剂，通过控制合成温度和pH值，得到中间体水合含碳氧化铝，再添加复合热稳定剂La、Ce、Mg盐，高温煅烧得到超细高活性氧化铝，晶粒大小为0.1μm～0.2μm，所得粉体晶粒较大，而且从另一个角度可以认为引入的复合热稳定剂将作为杂质存在于最终产品中。

中国专利CN200410013256.2中公开了一种制备无硬团聚的纳米氧化铝的制备方法，主要采用反应物与添加剂的浓度控制纳米氧化铝粉体的粒度局部分布，并将干燥所得粉体加入正丁醇与水的溶液中，超声分散后采用共沸蒸馏法脱除正丁醇与水分以消除纳米粒子的硬团聚现象，经煅烧得到纳米氧化铝粉体。该方法虽然在一定程度上可以减少硬团聚改善粉体的分散性，但由于在干燥环节完成后加入正丁醇，这时合成化学反应已经基本完成，再进行超声分散和共沸蒸馏只能在局部发挥作用，因此不能从根本上解决硬团聚问题，存在一定的局限性。

美国专利US2005238571中公开了一种生产氧化铝的方法，主要采用三水合铝为原料，经过不同煅烧制度，排除结构水生产煅烧氧化铝。日本专利JP2001019425中公开了一种制备球形氧化铝的方法，采用氢氧化铝为原料，制成浓度为20mass％的水性浆料，在773K条件下火焰喷雾分解生成氧化铝粉体，该方法所得氧化铝粉体球形度好，但粒度通常在几个微米，难以制得纳米级氧化铝粉体。

发明内容

本发明的目的是提出一种氧化铝纳米粉体的制备方法，通过在初始反应物中引入有机分散剂，进行超声化学反应制备出分散性较好、活性高的氧化铝纳米粉体；该方法工艺简单，生产周期短，生产成本低，易于工业化生产。

本发明是在初始反应液包括含铝分散反应液和碱性分散反应液中分别加入有机分散剂，在反应过程中包覆在生成的纳米粒子的表面阻止纳米粒子的进一步长大和团聚；同时利用超声化学反应合成，一方面一定强度的超声波能够提供反应过程中所需要的能量，另一方面超声波引起的反应粒子无序运动可以使得反应体系更加均匀，从而可以制备出粒度均匀细小的高活性纳米粉体。同时可以根据实际需要，采用不同的热处理温度进行锻烧，就可以得到粒度大小和分布不同的纳米级氧化铝粉体。

本发明提出制备氧化铝纳米粉体的方法包括以下工艺步骤：

(1)将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以1～10∶1～10∶1～10的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.001mol/L～1mol/L的分散液；

(2)将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为0.1mol/L～10.0mol/L的含铝反应溶液；

(3)按照体积比1∶10～50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；

(4)将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以0.1～3.0∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为0.1～6.0mol/L的碱性反应溶液；

(5)按照体积比1∶10～50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；

(6)将按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3～6的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在7～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K～373K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟～180分钟，得到半透明的浆状悬浮体；

(7)然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；

(8)将该前驱体放入干燥箱中，在333K～383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；

(9)将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K～923K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体；

(10)用XRF-1700型X射线荧光光谱仪分析材料的化学成分；

(11)用荷兰帕纳科公司X‘Pert Pro MPD型多功能X射线衍射仪(CuKα线)进行材料物相组成和晶粒大小分析；

(12)用日本H-800型透射电子显微镜观察粉体的微观形貌和粒度大小。

上述硝酸铝可为硫酸铝或氯化铝代替；有机分散剂可为松油醇、柠檬酸铵、土温80等中的一种或多种；碱液中的氨水可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢铵中的一种或多种。

对于本发明所得氧化铝粉体，用透射电镜观察不同温度处理后的样品，发现经干燥后的粉体的电子衍射环的出现，表明氧化铝晶核在超声化学反应后就已经形成，随热处理温度升高，晶核逐渐长大变得完整，且所有粉体粒度均匀，形态近球形。

本发明与现有技术相比突出特点在于：

(1)在初始反应原料中引入有机分散剂，同时采用超声化学法合成，分散伴随着整个反应过程，反应体系均匀，反应过程易于控制；反应条件为碱性环境(pH＝7～10)，不需严格控制；

(2)粉体合成温度低，经过超声化学反应晶核就已经形成；可通过控制热处理温度和时间，调整粉体的粒度大小和分布；

(3)本发明方法具有工艺简单、生产周期短、成本低和易于工业化生产等优点。

由于有机添加剂的引入，在反应初期，有机物就可以在反应产物的表面形成有机物保护膜，阻碍了反应产物的聚集，因此有机物在反应产物表面的吸附伴随制备过程的始终，从而在干燥和热处理过程中阻碍纳米粉体的团聚，最终获得分散性好的高质量氧化铝纳米粉体。由于采用超声化学合成同时有机添加剂的存在，使得反应处于一种相对较为均一的状态，因此所得粉体粒度均匀，颗粒呈近球形。

根据本发明所提出的方法，在有机分散剂和超声化学共同作用条件下可以获得纯度高分散性好的氧化铝纳米粉体；工艺参数可调范围宽；生产周期短；环境污染小利于环保；所得粉体纯度高、粒度小、粒度均匀、便于工业化放大生产。

具体实施方式

下面以具体实施例进一步说明本发明。以下实施例中所用原料纯度均为化学纯或分析纯以上。

实施例1

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以1∶1∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为1mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶10的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以0.1∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为1mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶10的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在7～8之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在353K的温度范围内，进行超声化学反应100分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；粉体物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约7nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例2

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.001mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为0.1mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以3∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为0.1mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶6的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在333K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约6.7nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例3

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶10∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为1mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为10.0mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以0.1∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为6.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在8～9之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在333K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在923K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约26nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例4

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为5.0mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以2.5∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为5.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶5的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在8～9之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在373K的温度范围内，进行超声化学反应120分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在363K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在823K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对所的粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约5.3nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致，并呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例5

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以5∶2∶5的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.05mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为1.0mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶30的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以3.0∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为3.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶10的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在363K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对所的粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约4.7nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致，并呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例6

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶10的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.001mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为5mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶30的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以1.5∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为5.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶20的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶4的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在353K的温度范围内，进行超声化学反应90分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在823K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约17nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例7

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以7∶3∶5的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.5mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为3mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶10的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以3∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为3mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K的温度范围内，进行超声化学反应180分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在333K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点；粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约4.2nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致。

实施例8

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以8∶2∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为10.0mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以3∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为6.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶6的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在373K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点；粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约9.7nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致。

实施例9

首先将柠檬酸铵(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶5的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将氯化铝(AlCl₃)溶于去离子水中制成制备成浓度为3mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶50的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氢氧化钠(NaOH)以0.1∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为3.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶6的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在373K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在333K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在873K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点；粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约7.1nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致。

实施例10

首先将柠檬酸铵(C.R.)、聚丙烯酸铵(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶5的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将氯化铝(AlCl₃)溶于去离子水中制成制备成浓度为3mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶30的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氢氧化钠(NaOH)以3∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为3.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶30的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶5的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在373K的温度范围内，进行超声化学反应120分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在333K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在873K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点；粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约8.5nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致。

实施例11

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、吐温80(C.R.)和聚乙烯醇(C.R.)以10∶1∶10的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.01mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al₂(SO₄)₃)溶于去离子水中制成制备成浓度为5mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶30的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和碳酸氢铵(NH₄HCO₃)以1.5∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为6.0mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶20的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶4的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在9～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在353K的温度范围内，进行超声化学反应90分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在923K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约15nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

实施例12

首先将聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和松油醇(C.R.)以1∶1∶1的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.1mol/L的分散液；然后将硝酸铝(Al(NO₃)₃·6H₂O)溶于去离子水中制成制备成浓度为1mol/L的含铝反应溶液；按照体积比1∶10的比例将分散液加入含铝反应溶液中，强力搅拌形成均匀的含铝分散混合溶液；再将尿素((NH₂)₂CO)和氨水(NH₃·H₂O)以0.1∶10的摩尔比溶于去离子水稀释，制成摩尔浓度为1mol/L的碱性反应溶液；然后按照体积比1∶50的比例将分散液加入碱性反应溶液中，强力搅拌形成均匀的碱性分散混合溶液；按照[Al³⁺]离子与[OH^-]离子的摩尔比为1∶3的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在7～8之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在353K的温度范围内，进行超声化学反应100分钟，得到半透明的浆状悬浮体；然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到纳米氧化铝粉体的前驱体；将前驱体放入干燥箱中，在383K的温度条件下烘干，再经研磨、过筛后，得到干凝胶；将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K条件下热处理3小时，即得到目标纳米氧化铝粉体。对干凝胶和粉体进行X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和透射电镜观察，结果表明，粉体纯度高，杂质未检出；粉体物相为γ-Al₂O₃；平均粒度约6.7nm；粉体的微观形貌为近球形，粒度均匀，粒度大小与X射线衍射分析结果一致；干凝胶呈现出电子衍射环，这表明氧化铝晶核已经形成，因此该方法具有合成温度低的特点。

Claims

1、一种氧化铝纳米粉体的制备方法，其特征在于该方法工艺步骤如下：

(1)将聚丙烯酸胺、聚乙烯醇和聚乙二醇以1～10∶1～10∶1～10的摩尔比溶于去离子水中，制成浓度为0.001mol/L～1mol/L的分散液；

(2)将硝酸铝溶于去离子水中制成浓度为0.1mol/L～10.0mol/L的含铝反应溶液；

(6)将按照Al³⁺离子与OH^-离子的摩尔比为1∶3～6的比例，将含铝分散混合溶液缓慢加入碱性分散混合溶液中，置于反应器中，同时加入氨水调节反应溶液pH值在7～10之间，并将该反应容器放在超声波发生器上，在313K～373K的温度范围内，进行超声化学反应30分钟～180分钟，得到半透明的浆状悬浮体；

(7)然后将浆状悬浮体加入去离子水中，继续超声分散10分钟，重复3次，之后再加入无水乙醇超声清洗3次，得到氧化铝纳米粉体的前驱体；

(9)将干凝胶放入硅碳棒高温炉中在773K～923K条件下热处理3小时，即得到所述的氧化铝纳米粉体。

2、根据权利要求1所述的一种氧化铝纳米粉体的制备方法，其特征在于：硝酸铝为硫酸铝或氯化铝代替；碱性反应溶液中的氨水为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢铵中的一种或多种代替。