CN109534379A - 一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米级球形γ‑Al2O3粉体的低成本制备方法，步骤包括：(a)将表面活性剂分散至铝盐溶液中，在搅拌的条件下升温至30～50℃，并保持30～60min；(b)在搅拌的条件下，将NaOH溶液滴加至上述溶液中；(c)产物过滤、去离子水清洗，滤饼于90～120℃烘干；(d)烘干后的滤饼于700～850℃煅烧1～3h，即得纳米级球形γ‑Al2O3粉体。该方法不采用氨类、铵类或酰胺类的物质作为铝盐中和沉淀剂，该方法有利于减少氨气等有害气体的排放。制备出了纳米级球形的γ‑Al2O3，有利于扩大γ‑Al2O3在催化领域的应用。
Description
技术领域
本发明属于无机金属氧化物纳米颗粒技术领域，具体涉及一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法。
背景技术
γ-Al2O3是一种多孔固体材料，具有适宜的比表面积和孔结构。孔结构尺寸可调、水热稳定性良好和适宜的酸性等优点让γ-Al2O3作为一种催化剂载体广泛应用于催化合成、吸附分离、石油化工、废水和废气的处理等领域。对于负载型催化剂，要制备活性、选择性及稳定性更好的催化剂就需催化剂载体具有大的比表面积去负载更多的金属活性组元，这就要求γ-Al2O3向纳米级和球形化方向发展。根据《2013-2017年中国氧化铝行业产销需求与投资预测报告》的数据显示，目前中国是全世界最大的氧化铝生产国，氧化铝的需求仍在增长，然而我国生产的氧化铝粒径分布不均匀且粒径太大，很难达到高精尖行业的要求。
现有的γ-Al2O3粉体的制备方法，通常需要采用氨类、铵类或酰胺类的物质作为铝盐的中和沉淀剂，经过沉淀、老化、洗涤、过滤、干燥、焙烧等过程制备γ-Al2O3粉体。该类方法的副产物在焙烧阶段容易产生氨气等有害气体，废水排放多，环境污染大。
CN 101186325A公开了一种制备纳米氧化铝粉体的方法，制备过程是将铝盐溶液通过喷雾雾化后喷向碳酸氢铵溶液中。CN 1986409A公开了一种具有粒子内介孔结构的γ-Al2O3纳米粉体的制备方法，所加入的原料为碳酸氢铵、硫酸铝铵和氯化铝。CN 106554032A、CN101575110A和CN 106276992A等在制备γ-Al2O3过程中均采用了铵类或酰胺类物质。
虽然目前已经提出了许多γ-Al2O3的制备方法，然而简单有效，环境污染小，易于工业化推广的纳米级球形γ-Al2O3制备方法还有待进一步研发。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，该方法不采用氨类、铵类或酰胺类的物质作为铝盐中和沉淀剂，反应副产物少、环境污染小、利于工业化推广。
本发明提供了一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，步骤包括：
(a)将表面活性剂分散至铝盐溶液中，在搅拌的条件下升温至30～50℃，并保持30～60min；所述表面活性剂为琼脂、柠檬酸、聚乙二醇中的一种或几种；
(b)在搅拌的条件下，将NaOH溶液滴加至步骤(a)所得溶液中；
(c)将步骤(b)所得产物进行过滤、去离子水清洗，滤饼于90～120℃烘干；
(d)将步骤(c)所得烘干后的滤饼于700～850℃煅烧1～3h，即得纳米级球形γ-Al2O3粉体。
现有的γ-Al2O3粉体的制备方法，通常需要采用氨类、铵类或酰胺类的物质作为铝盐的中和沉淀剂。NaOH由于碱性过强可与Al(OH)3反应使沉淀溶解，反应难以控制，通常难以在实际生产中应用。本方法在铝盐溶液中引入表面活性剂后滴加NaOH，可以使溶液体系的界面状态发生改变，降低制备产物的团聚，且反应可控，实现了以NaOH为铝盐的中和沉淀剂，副产物对环境无害，进一步将所得沉淀配合特定煅烧工艺，得到颗粒40-65nm的γ-Al2O3，且本方法制备的样品为球形，作为填料具有填充堆积密度大，不容易团聚的优点。
优选的，步骤(a)中，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝、三氯化铝中的一种或几种。
更加优选的，步骤(a)中，所述铝盐溶液的物质的量浓度为1～3mol/L。
更加优选的，步骤(a)中，以质量百分比计，所述表面活性剂的用量为γ-Al2O3理论产量的0.1～3％。
优选的，步骤(b)中，所述NaOH溶液物质的量浓度为0.5～3mol/L。
更加优选的，步骤(b)中，所述NaOH溶液的滴加速度为1～3mL/s。
优选的，步骤(a)中的铝盐与步骤(b)中NaOH的摩尔比为1：(3～6)。
优选的，步骤(d)中，纳米级球形γ-Al2O3粉体的平均粒径为40-65nm。
优选的，步骤(d)中，所述煅烧温度为800～850℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本方法不采用氨类、铵类或酰胺类的物质作为铝盐中和沉淀剂，有利于减少氨气等有害气体的排放，减少环境污染。此外，制备的γ-Al2O3为纳米级的球形，从而具有较大的比表面积，有利于拓展γ-Al2O3在催化领域的应用。使γ-Al2O3不仅具有更高的性能，而且制备过程工艺简单，原料来源丰富，生产成本低，易于规模化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的纳米级球形γ-Al2O3粉体实物图；
图2为本发明实施例1制备的纳米级球形γ-Al2O3粉体XRD图；
图3为本发明实施例1制备的纳米级球形γ-Al2O3粉体TEM图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本实施例提供了一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，包括以下步骤：
(a)取2.0mol/L的硫酸铝168mL，并将0.343g表面活性剂琼脂分散至该硫酸铝溶液中，在搅拌的条件下升温至50℃，并保持30min。
(b)取2.0mol/L的NaOH溶液1000mL，在搅拌的条件下，通过3mL/s的滴加速度滴加至硫酸铝溶液中。
(c)将产物进行过滤、去离子水清洗、滤饼于120℃烘干。
(d)烘干后的滤饼于800℃煅烧3h，即得纳米级球形γ-Al2O3粉体。
从实物图(图1)看，制备的纳米级球形γ-Al2O3为白色疏松的粉末。从XRD图(图2)可知，得到了γ-Al2O3纯相。从TEM图(图3)看，颗粒呈球形，平均粒径约为40nm。
实施例2
本实施例提供了一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，包括以下步骤：
(a)取3.0mol/L的硝酸铝200mL，并将0.306g表面活性剂柠檬酸分散至硝酸铝溶液中，在搅拌的条件下升温至50℃，并保持30min。
(b)取3.0mol/L的NaOH溶液1000mL，在搅拌的条件下，通过2mL/s的滴加速度滴加至硝酸铝溶液中。
(c)将产物进行过滤、去离子水清洗、滤饼于120℃烘干。
(d)烘干后的滤饼于800℃煅烧2h，即得纳米级球形γ-Al2O3粉体。
所得产品为纳米级球形γ-Al2O3白色疏松的粉末，为γ-Al2O3纯相，平均粒径约为60nm。
实施例3
本实施例提供了一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，包括以下步骤：
(a)取1.0mol/L的三氯化铝200mL，并将0.102g表面活性剂聚乙二醇分散至三氯化铝溶液中，在搅拌的条件下升温至50℃，并保持30min。
(b)取1.0mol/L的NaOH溶液1000mL，在搅拌的条件下，通过1mL/s的滴加速度滴加至三氯化铝溶液中。
(c)将产物进行过滤、去离子水清洗、滤饼于120℃烘干。
(d)烘干后的滤饼于850℃煅烧1h，即得纳米级球形γ-Al2O3粉体。
所得产品为纳米级球形γ-Al2O3白色疏松的粉末，为γ-Al2O3纯相，平均粒径约为60nm。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，步骤包括：
(a)将表面活性剂分散至铝盐溶液中，在搅拌的条件下升温至30～50℃，并保持30～60min；所述表面活性剂为琼脂、柠檬酸、聚乙二醇中的一种或几种；
(b)在搅拌的条件下，将NaOH溶液滴加至步骤(a)所得溶液中；
(c)将步骤(b)所得产物进行过滤、去离子水清洗，滤饼于90～120℃烘干；
(d)将步骤(c)所得烘干后的滤饼于700～850℃煅烧1～3h，即得纳米级球形γ-Al2O3粉体。
2.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(a)中，所述铝盐为硫酸铝、硝酸铝、三氯化铝中的一种或几种。
3.权利要求1或2所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(a)中，所述铝盐溶液的物质的量浓度为1～3mol/L。
4.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(a)中，以质量百分比计，所述表面活性剂的用量为γ-Al2O3理论产量的0.1～3％。
5.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述NaOH溶液物质的量浓度为0.5～3mol/L。
6.如权利要求5所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(b)中，所述NaOH溶液的滴加速度为1～3mL/s。
7.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(a)中的铝盐与步骤(b)中NaOH的摩尔比为1：(3～6)。
8.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(d)中，纳米级球形γ-Al2O3粉体的平均粒径为40-65nm。
9.如权利要求1所述的纳米级球形γ-Al2O3粉体的低成本制备方法，其特征在于：步骤(d)中，所述煅烧温度为800～850℃。
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