CN108163876B - 一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法 - Google Patents

一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法 Download PDF

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Abstract

一种纳米γ‑Al2O3粉体的合成方法，包括以下步骤：将无机铝盐和碳铵分别研细，按一定摩尔比置于研钵中，充分混合研磨，使其反应完全，置于烧杯中；加入25％的浓氨水调节反应体系的pH值；抽滤，得到前驱体碱式碳酸铝铵AACH；将前驱体进行洗涤；洗涤后的前驱体放入烧杯中，加入一定量的高分子分散剂淀粉和无水乙醇，于超声波清洗机中超声分散；超声后的样品置于烘箱中烘干；将烘干后的样品在研钵中研磨均匀，然后将样品置于坩埚中于马弗炉中750～950℃下煅烧1.5～2h，即得到纳米γ‑Al2O3粉体。本发明合成方法操作工艺简单、成本低、产品质量稳定、纯度高、粒径小、能耗低、排污少，且易实现工业化生产。

Description

一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法
技术领域
本发明涉及一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，属无机金属化合物制备技术领域。
背景技术
20世纪60年代以后，随着科学技术的迅速发展，氧化铝不只是冶炼金属铝的重要基础原材料，而且是许多高新技术重要材料的组成部分。通常所说的活性氧化铝，一般指纳米γ-Al2O3，其具有多孔结构、高比表面积、良好的吸附性、热稳定性好和表面酸性的特点，可以广泛用作吸附剂、干燥剂、催化剂和催化剂载体等，应用前景十分广阔。
目前制备纳米γ-Al2O3粉体的方法很多，其中最常见的有：液相沉淀法、溶胶–凝胶法、微乳液法、金属醇盐水解法等。这些方法普遍具有煅烧时间长(一般为3-6h)、工艺过程复杂、粉体纯度低、粒径大，制备过程存在有害气体和有机污染物排放等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术之弊端，提供一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，该合成方法操作工艺简单、成本低、产品质量稳定、纯度高、粒径小、能耗低、排污少。
本发明所述问题是以下述技术方案解决的：
一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，它以无机铝盐和碳铵为原料，制备按以下步骤进行：
1)将无机铝盐和碳铵分别研细，并按摩尔比1:4～6置于研钵中，充分混合研磨15～20min，使其反应完全，置于烧杯中；
2)向烧杯中加入25％的浓氨水调节反应体系的pH值为9～10；
3)抽滤，得到白色前驱体碱式碳酸铝铵AACH；
4)将白色前驱体先用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；
5)将洗涤后的白色前驱体放入烧杯中，加入一定量的高分子分散剂淀粉和无水乙醇，将烧杯置于超声波清洗机中，超声分散30～60min；
6)将超声后的样品置于烘箱中烘干；
7)将烘干后的样品在研钵中研磨均匀，然后将样品置于坩埚中于马弗炉中 750～950℃下煅烧1.5～2h，即得到纳米γ-Al2O3粉体。
上述纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，步骤1)中所述无机铝盐为硝酸铝 Al(NO3)3·9H2O。
上述纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，步骤1)中所述碳铵为农业级化肥碳铵。
上述纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，步骤5)中所述高分子分散剂淀粉与前驱体碱式碳酸铝铵AACH的质量比为W淀粉:WAACH＝0.2～1.5:1。
上述纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，步骤4)中所述前驱体先用去离子水洗涤3～6次，洗涤所用去离子水的量按每克前驱体每次5～10mL计算；去离子水洗涤后，再用无水乙醇洗涤3～6次，洗涤所用无水乙醇的量按每克前驱体每次 5～10mL计算。
上述纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，所述步骤6)在烘干时，控制温度为 60～120℃、烘干时间为30～60min。
本发明在采用上述技术方案后，具有如下技术效果：
本发明合成方法制得的纳米γ-Al2O3粉体颗粒为球体，粒度均匀，一次粒径为20-30nm，颗粒间具有良好的分散性；所述合成方法的最终煅烧时间较其它制备方法(一般为3-6h)缩短了一倍以上，大大降低了生产能耗；反应过程中使用水溶性淀粉作为分散剂，其具有大分子链的空间位阻效应、高分子网络的阻隔作用以及固体分散剂的物理分散作用，解决了纳米粉体的硬团聚问题；此外，淀粉不仅价格低廉，且在煅烧过程中不会产生有害气体和其它有机污染物的排放，是一种环境友好的用于纳米γ-Al2O3粉体制备的有效分散剂。总之，该合成方法具有操作工艺简单、成本低、能耗小、对环境无污染的优点。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是前驱体碱式碳酸铝铵的XRD图；
图2是实施例1条件下制备的纳米γ-Al2O3粉体的TEM图；
图3是实施例1条件下制备的纳米γ-Al2O3粉体的激光粒径分布图；
图4是实施例1～3条件下制备的纳米γ-Al2O3粉体的XRD对比图；
图5是实施例1、2条件下制备的纳米γ-Al2O3粉体的SEM对比图；
图6是实施例1、实施例4～6条件下制备的纳米γ-Al2O3粉体的SEM对比图。
具体实施方式
实施例1
将15.01g无机铝盐Al(NO3)3·9H2O和15.81g农业级化肥碳铵(理论条件下，摩尔比n硝酸铝：n碳铵＝1:4时，两者完全反应，实际操作中为了保证 Al(NO3)3·9H2O能够完全反应，碳铵需要添加过量，因此采用1:5的摩尔比添加) 分别研细后置于研钵中，充分研磨20min，当反应体系由分散的固体颗粒变为粘稠液体直至最后固化为止，代表两种原料反应完全，将产物置于烧杯中。向烧杯中加入30mL25％的浓氨水，调节反应体系的pH＝9～10，以此保证生成的前驱体为碱式碳酸铝铵AACH。抽滤，获得白色前驱体固体。用5mL去离子水充分洗涤此前驱体，然后抽滤，重复4次；再用5mL无水乙醇洗涤、抽滤，重复4次，确保所得前驱体中不含水份。图1为所得前驱体碱式碳酸铝铵AACH 的XRD图，与AACH的标准图谱相吻合。将洗涤后的前驱体放入烧杯中，加入5.56g高分子分散剂淀粉(质量比W淀粉:WAACH＝1:1)和100mL无水乙醇，将烧杯置于超声波清洗机(250W，25kHz)中，超声分散30min，使前驱体与淀粉分散均匀；再将超声后的样品置于烘箱中，60℃条件下烘干30min，将烘干后的样品研磨均匀后置于坩埚中于马弗炉中750℃下煅烧1.5h，即得到纳米γ-Al2O3粉体。
由图2、图4中a曲线和图5a可以明显看出所制得的纳米γ-Al2O3粉体平均粒径为20-30nm，其形貌呈球形，颗粒分散均匀，无明显团聚现象；由图3所示的激光粒径分布图可以看出，所制得的纳米γ-Al2O3粉体粒度分布范围较窄，主要分布在14-36nm的范围内，最佳粒径为22nm。
实施例2
反应条件同实施例1，仅将马弗炉煅烧温度提高到850℃，煅烧1.5h，得到纳米γ-Al2O3粉体。图4中b曲线显示850℃下煅烧1.5h可以得到纯度高、晶型好的纳米γ-Al2O3粉体，但是由图5b可以看出，850℃下煅烧1.5h得到的γ-Al2O3粉体出现了团聚现象。
实施例3
反应条件同实施例1，仅将马弗炉煅烧温度提高到950℃，煅烧1.5h，得到纳米γ-Al2O3粉体。图4中c曲线XRD图显示950℃下制得的纳米Al2O3粉体除了γ相外还将产生α相，导致所制得的Al2O3粉体纯度下降。
实施例4
前驱体的制备条件同实施例1，向盛有前驱体的烧杯中加入100mL的无水乙醇，不添加高分子分散剂淀粉，将烧杯置于超声波清洗机(250W，25kHz) 中，进行超声分散30min，再将超声后的样品置于烘箱中，60℃条件下烘干30min，将烘干后的样品研磨均匀后置于坩埚中于马弗炉中750℃下煅烧1.5h，即得到纳米γ-Al2O3粉体，其SEM图如附图6a，可以看出制得的纳米γ-Al2O3粉体出现明显的团聚现象。
实施例5
前驱体的制备条件同实施例1，向盛有前驱体的烧杯中加入1.114g的高分子分散剂淀粉(质量比W淀粉:WAACH＝0.2:1)和100mL的无水乙醇，将烧杯置于超声波清洗机(250W，25kHz)中，进行超声分散30min，再将超声后的样品置于烘箱中，60℃条件下烘干30min，将烘干后的样品研磨均匀后置于坩埚中于马弗炉中750℃下煅烧1.5h，即得到纳米γ-Al2O3粉体，其SEM图如附图 6b，可以看出纳米γ-Al2O3粉体仍有部分团聚现象，且其粒径较大。
实施例6
前驱体的制备条件同实施例1，向盛有前驱体的烧杯中加入8.34g的高分子分散剂淀粉(质量比W淀粉:WAACH＝1.5:1)和100mL的无水乙醇，将烧杯置于超声波清洗机(250W，25kHz)中，进行超声分散30min，再将超声后的样品置于烘箱中，60℃条件下烘干30min，将烘干后的样品研磨均匀后置于坩埚中于马弗炉中750℃下煅烧1.5h，即得到纳米γ-Al2O3粉体，其SEM图如附图6d，可以看出纳米γ-Al2O3粉体的粒径与质量比1:1条件下制得的纳米γ-Al2O3粉体的粒径相比没有明显变化。
参看图6a～d，高分子分散剂淀粉与前驱体之间的不同质量比条件下制得的纳米γ-Al2O3粉体，可以看出，随着高分子分散剂淀粉的加入，纳米γ-Al2O3粉体粒径显著减小，且分散性越来越好，当W淀粉:WAACH＝1:1时，纳米γ-Al2O3粉体的粒径基本固定，当W淀粉:WAACH＝1.5:1时，纳米γ-Al2O3粉体的粒径没有明显变化。

Claims (6)

1.一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将无机铝盐和碳铵分别研细，并按摩尔比1:4～6置于研钵中，充分混合研磨15～20min，使其反应完全，当反应体系由分散的固体颗粒变为粘稠液体直至最后固化为止，代表两种原料反应完全，置于烧杯中；
2)向烧杯中加入25％的浓氨水调节反应体系的pH值为9～10；
3)抽滤，得到白色前驱体碱式碳酸铝铵AACH；
4)将白色前驱体先用去离子水洗涤，再用无水乙醇洗涤；
5)将洗涤后的白色前驱体放入烧杯中，加入一定量的高分子分散剂淀粉和无水乙醇，将烧杯置于超声波清洗机中，超声分散30～60min；
6)将超声后的样品置于烘箱中；
7)将烘干后的样品在研钵中研磨均匀，然后将样品置于坩埚中于马弗炉中750～950℃下煅烧1.5～2h，即得到纳米γ-Al2O3粉体。
2.根据权利要求1所述一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于：所述步骤1)中所述无机铝盐为硝酸铝Al(NO3)3·9H2O。
3.根据权利要求1所述一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于：所述步骤1)中所述碳铵为农业级化肥碳铵。
4.根据权利要求1所述一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于：所述步骤5)中所述高分子分散剂淀粉与前驱体碱式碳酸铝铵AACH的质量比为：W淀粉:WAACH＝0.2～1.5:1。
5.根据权利要求1所述一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于：所述步骤4)中所述前驱体先用去离子水洗涤3～6次，洗涤所用去离子水的量按每克前驱体每次5～10mL计算；去离子水洗涤后，再用无水乙醇洗涤3～6次，洗涤所用无水乙醇的量按每克前驱体每次5～10mL计算。
6.根据权利要求1所述一种纳米γ-Al2O3粉体的合成方法，其特征在于：所述步骤6)在烘干时，控制温度为60～120℃、烘干时间为30～60min。
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