CN104556161A - 一种片状γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法 - Google Patents

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凌凤香
王少军
沈智奇
郭长友
季洪海
王丽华
孙万付
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Abstract

本发明公开了一种片状γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法。本发明的片状纳米γ-Al2O3晶粒是通过将一定浓度的无机铝盐溶液与碱性溶液混合后在水热条件下制备而得。水热产物经焙烧之后，晶型为γ-Al2O3，比表面积为110-200m2/g，颗粒尺寸为15-50nm，厚度为5-10nm。与现有技术中片状Al2O3颗粒的制备方法相比，原料价格低廉，制备工艺简单易行，产物颗粒为纳米级尺寸，比表面积较高，可用于催化剂、吸附分离等石油化工过程。

Description

一种片状γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法
技术领域
本发明属于无机材料制备领域，涉及一种片状γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法。 
背景技术
氧化铝作为一种重要的无机功能材料，在石油化工、催化、吸附以及陶瓷增韧材料等方面得以广泛使用。纳米材料因其形状的特殊性而具有优异的物理、化学特性。各种形态的纳米氧化铝材料的制备方法包括化学气相沉积法、热解法、水（溶剂）热法以及硬模板法等。作为纳米材料的形态中的一种，薄片状的氧化铝纳米材料的制备目前已引起了研究者很大的关注。
 文献“氧化铝纳米片的气相合成及其力学性能”（《粉末冶金材料科学与工程》，2011年，16（6））中，采用Al片和SiO2粉末为原料，以H2为保护气氛，通过气相沉积方法合成了α-Al2O3纳米片。该气相法合成中，需要较为复杂的设备和苛刻的实验条件，多数不适于规模化制备。因此，开发条件温和、设备简单、适宜规模化生产的纳米材料的制备技术仍是材料科学领域面临的一个巨大挑战。
CN101941728A公开了一种片状氧化铝的制备方法，涉及一种用于珠光颜料的片状Al2O3的制备。该方法在制备过程采用氢氧化铝为原料，加硫酸钠做合成介质，乙醇做活化、分散剂，经高温煅烧获得片状氧化铝粉体。该方法需要加入有机介质活化，同时合成步骤较为繁琐，所得晶型为α-Al2O3，而且从实施例的数据可以看出其晶粒尺寸达到10-20 μm，颗粒较大。
CN 101691302A则通过熔盐法制备了片状α-Al2O3颗粒。该发明主要特点在于以工业级铝酸钠为原料制备α-氧化铝前驱体，通过熔盐法制备粒径在2-18μm片状α-Al2O3。该方法所得粒径较大，而且熔盐球磨过程能耗较大，目标产物与熔盐的分离也存在问题。
CN 1911809A提供了一种用于造纸、橡塑制品的填料的片状氢氧化铝的制备方法，其制备过程是在铝酸钠溶液中添加多元醇类。将含有多元醇的铝酸钠溶液加超细的氢氧化铝凝胶晶种分解或含多元醇的铝酸钠溶液自分解；控制晶种添加量、分解反应温度、分解时间及铝酸钠溶液浓度、溶液苛性比等参数，在反应后经过液固分离、洗涤、干燥后制备出不同粒径的片状的氢氧化铝微粉。该方法需要添加有机物质，步骤较为繁琐，从实施例看，产物颗粒较大。
由上述制备片状Al2O3的专利方法可以看出，得到的片状Al2O3用途一般为颜料、陶瓷、填料等领域，晶粒尺寸较大，晶型一般为α- Al2O3。这种形态的氧化铝的比表面积小、反应活性低，与片状γ-Al2O3相比，在石油化工、催化、吸附、过滤等领域应用较少。
发明内容
针对现有制备片状Al2O3技术中的问题，本发明提供了一种片状γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法。
本发明的片状γ-Al2O3纳米晶粒的性质如下：比表面积为110-200m2/g，颗粒尺寸为15-50nm，厚度为5-10nm。
本发明的片状γ-Al2O3纳米晶粒的制备方法，包括如下内容：
（1）在搅拌和超声分散共同作用下，将一定浓度的碱性溶液与无机铝盐溶液混合均匀；
（2）将步骤（1）的混合物转移到密闭体系中，于180-250℃水热反应3-36小时；
（3）反应结束后，将反应物反复固-液分离洗涤，干燥后，在450-750℃高温焙烧2-8小时，得到片状γ-Al2O3纳米晶粒。
步骤（1）所述的超声分散，其作用参数为：超声分散的能量密度为0.2-4kW/L，作用时间是伴随步骤（1）整个过程。搅拌过程应尽可能剧烈以使混合物充分混合、分散。
步骤（1）中所述的无机铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫酸铝，优选为硝酸铝。所述的碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂，优选为氢氧化钠和/或氢氧化钾。
步骤（1）中所述的无机铝盐和碱性溶液是指相应物质的水溶液。两者的浓度为0.1-2.0mol/L，优选为0.5-1.0mol/L；两者的物质的量的比例关系满足OH- /Al3+ =3.0-4.5。
步骤（2）中，所述的密闭体系，反应压力为密闭情况下的自生压力。
步骤（2）中，水热反应条件优选为190-220℃下水热处理6-24小时。
步骤（3）中，所述的洗涤介质为水、乙醇或其任意比例的混合物，优选为蒸馏水。通过固液分离的方式去除产物中的各种杂质，包括钾离子，钠离子，氯离子，硝酸根，硫酸根离子，氢氧根离子等。
本发明采用的原料廉价，水热制备过程简单易行，不需要特殊设备及工艺。与现有技术相比，本发明制备的片状氧化铝纳米晶粒比表面积为110-200 m2/g，颗粒尺寸可达到纳米级别。这种纳米片状γ-Al2O3具有较高的比表面积，可用于催化剂、吸附分离等石油化工过程。
附图说明
图1为本发明实施例1所制备的片状γ-Al2O3纳米晶粒的透射电镜图像。 
图2为本发明实施例1所制备的片状γ-Al2O3纳米晶粒的XRD谱图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明方法加以详细的说明。片状γ-Al2O3纳米晶粒尺寸通过透射电镜图像测量，晶型采用X射线衍射表征，比表面积采用低温氮气物理吸附测试。
实施例1
配制10ml 的0.2mol/L的硝酸铝溶液和30ml的0.2mol/L的氢氧化钠溶液，然后在0.5KW/L的超声及激烈搅拌条件下，将氢氧化钠溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。将混合物在190℃水热条件下密闭保持24小时。然后冷却到室温，将产物用蒸馏水反复分离洗涤数次以去除含有的杂质离子，干燥后，在550℃下焙烧7小时，得到片状γ-Al2O3纳米晶粒，其长度为10-26nm，厚度为5-8nm。所述氧化铝纳米粒子经粉末X光衍射表征为γ-Al2O3，比表面积为167m2/g。
实施例2
配制10ml 的0.2mol/L的硝酸铝溶液和35ml的0.2mol/L的氢氧化锂溶液，然后在0.5KW/L的超声及搅拌作用下，将氢氧化钠溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。将混合物在200℃水热条件下密闭保持16小时。然后冷却到室温，将产物用蒸馏水反复分离洗涤数次以去除含有的杂质离子，干燥后，在550℃下焙烧5小时，得到片状γ-Al2O3纳米晶粒，其长度为30-50nm，厚度为5-10nm。所述氧化铝纳米粒子经粉末X光衍射表征为γ-Al2O3，比表面积为133m2/g。
实施例3
配制10ml 的1mol/L的硝酸铝溶液和43ml的1mol/L的氢氧化钠溶液，然后在4KW/L的超声和搅拌下，将氢氧化钠溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。将混合物在220℃水热条件下密闭保持6小时。然后冷却到室温，将产物用蒸馏水反复分离洗涤数次以去除含有的杂质离子，干燥后，650℃下焙烧3小时，得到片状γ-Al2O3纳米晶粒，其长度为25-40nm，厚度为7-10nm。所述氧化铝纳米粒子经粉末X光衍射表征为γ-Al2O3，比表面积为125m2/g。

Claims (10)

1.一种片状γ-Al2O3纳米晶粒，其特征在于：γ-Al2O3纳米晶粒的比表面积为110-200m2/g，颗粒尺寸为15-50nm，厚度为5-10nm。
2.权利要求1所述的片状γ-Al2O3纳米晶粒的制备方法，其特征在于包括如下内容：（1）在搅拌和超声分散共同作用下，将碱性溶液与无机铝盐溶液混合均匀；（2）将步骤（1）的混合物转移到密闭体系中，于180-250℃水热反应3-36小时；（3）反应结束后，将反应物反复固-液分离洗涤，干燥后，在450-750℃高温焙烧2-8小时，得到片状γ-Al2O3纳米晶粒。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的超声分散作用参数为：超声分散的能量密度为0.2-4kW/L，作用时间是伴随步骤（1）整个过程。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的无机铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫酸铝中一种或几种。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂中一种或几种。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的无机铝盐溶液的浓度为0.1-2.0mol/L。
7.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（1）所述的碱性溶液的浓度均为0.1-2.0mol/L。
8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：无机铝盐溶液和碱性溶液的物质的量的比例关系满足OH- /Al3+ =3.0-4.5。
9.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的水热反应条件为190-220℃下水热处理6-24小时。
10.按照权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（3）所述的洗涤介质为水、乙醇或其任意比例的混合物。
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