CN109574050A - 一种超高比表面积碳酸铝铵的制备及其热分解制备氧化铝的方法 - Google Patents

一种超高比表面积碳酸铝铵的制备及其热分解制备氧化铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高比表面积碳酸铝铵的制备及其热分解制备氧化铝的方法，用去离子水配制硝酸铝溶液和碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：(10～16)；室温下将硝酸铝溶液置于雾化器中，经雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，控制体系的加料速度为8～12ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5～9.5；待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤、干燥、碾碎，得到不同形貌的碳酸铝铵粉体；将碳酸铝铵粉体置于500～1150℃条件下煅烧，即制得不同晶相的氧化铝。本发明结合沉淀物的成核、长大与水解规律，改变加料速度和喷射终点pH来制备超高比表面积的碳酸铝铵粉体，能满足不同行业对氧化铝粉体形貌与性能的不同需求。

Description

一种超高比表面积碳酸铝铵的制备及其热分解制备氧化铝的 方法
技术领域
本发明涉及无机纳米材料制备技术领域，具体涉及一种超高比表面积碳酸铝铵的制备及其热分解制备氧化铝的方法。
背景技术
超细氧化铝是一种重要的陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优良特性。由于具有独特的物理和化学特性，已经被广泛应用于各行各业中。作为结构陶瓷，已广泛应用于航空、冶金、机械工业等领域。另可作为催化剂，在汽车尾气、石油、固定化酶载体等方面有着很重要的应用。随着高新技术的不断发展，对原料的要求越来越高，如粒径的超细化，颗粒的均匀化、组分的高纯化、烧结温度低等，所以急需制备出高比表面积的氧化铝前驱体。制备上述氧化铝的前驱体通常是碳酸铝铵。碳酸铝铵在高温热解时产生NH3、CO2等气体，能有效抑制粒子间的团聚以及控制产物的细度和粒径分布，碳酸铝铵煅烧制备的氧化铝粉体的比表面积有显著的提高，因此更适合于制备纳米级γ-Al2O3粉末。此外，碳酸铝铵前驱体还具有价廉，易实现工业化生产的特点。
碳酸铝铵的制备通常采用水热法和化学沉淀法。其制备的碳酸铝铵比表面积一般为150～300m2/g，另外工艺流程复杂，生产成本高。中国专利CN108483470A公开了一种以九水硝酸铝和尿素为原料的无模板剂制备棒状碳酸铝铵的方法，本质上属于水热法和化学沉淀法的结合，但存在所需设备复杂，操作要求高的缺点。中国专利CN103332717A公开了一种以不同浓度硫酸铝盐溶液和碳酸铵盐溶液制备高活性氧化铝的生产方法，但为了加速沉淀剂的分解，反应过程中需要加热。同时，以上专利制备的碳酸铝铵前驱体粒径存在较大的现象，为了制备粒径细小、高活性的碳酸铝铵前驱体，现有的技术仍需改进和提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，操作简便，对设备要求低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，包括以下步骤：
(1)用去离子水配制浓度为0.1～0.5mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：(10～16)；
(2)在室温下将步骤(1)中配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，经过雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，控制体系的加料速度为8～12ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5～9.5；
(3)待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤、干燥、碾碎，得到不同形貌的碳酸铝铵粉体。
优选的，步骤(2)中，所述搅拌的速率为200～400r/min。
优选的，步骤(3)中，所述干燥方式为热风烘干，干燥温度为50～100℃。
本发明采用反向沉淀法，通过雾化器使硝酸铝溶液雾化并控制滴定终点pH，使两种溶液更均匀混合，加速成核，在扩散以及气-固-液共同作用下，生成细小、高比表面积的海胆状或放射状碳酸铝铵前驱体，碳酸铝铵前驱体在高温加热时释放的气体会增加比表面积以及孔容。碳酸铝铵的反应制备基于以下化学反应原理：
A13++H2O→A1O(OH)2 -+4H+ (4)
NH4 ++HCO3 -+AlO(OH)2 -＝NH4AlO(OH)HCO3+OH- (5)
本发明的另一目的是提供碳酸铝铵热分解制备氧化铝的方法，制得的氧化铝具有较高的比表面积。
本发明还提供碳酸铝铵热分解制备氧化铝的方法，步骤是：将上述制备方法制得的碳酸铝铵粉体置于500～1150℃条件下煅烧，即制得不同晶相的氧化铝。
优选的，所述煅烧时间为2h。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供了一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，采用反向喷射沉淀法，通过雾化硝酸铝溶液，生成大量微米级的雾滴硝酸铝，促使两种原料溶液均匀混合，加速成核，生成细小的前驱体，提高了粉体活性。
2、本发明结合沉淀物的成核、长大与水解规律，改变加料速度和喷射终点pH来制备超高比表面积的海胆状或放射状碳酸铝铵粉体，能满足吸附催化和光学陶瓷等不同行业对氧化铝粉体形貌与性能的不同需求。
3、本发明提供的一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，对设备要求低、成本低、产率高、形貌可控，适合产业化生产；同时避免了有害化学试剂的使用，对保护环境有积极意义。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的海胆状的碳酸铝铵粉体XRD图；
图2为本发明实施例1制备的海胆状的碳酸铝铵粉体SEM图；
图3为本发明实施例2制备的放射状的碳酸铝铵粉体SEM图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
用去离子水配制浓度为0.15mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：12；
在室温下将配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，经过雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，搅拌速度为230r/min，控制体系的加料速度为8ml/min，控制体系的喷射终点pH为9；
待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤，滤饼置于50℃鼓风干燥箱内烘干，降至室温后取出并碾碎，得到海胆状的碳酸铝铵粉体，比表面积为570m2/g。
将制得的碳酸铝铵粉体置于X射线衍射仪中观察，其XRD图见图1，跟PDF71-1314碳酸铝铵标准卡片序号对比后，可知，样品为纯相碳酸铝铵，无任何杂相。
将制得的碳酸铝铵粉体置于扫描电镜下观察，其SEM图见图2，可知，产物呈现出海胆状形貌。
将制得的碳酸铝铵粉体在500℃煅烧2h得到γ-Al2O3粉体，比表面积为283m2/g，孔容为0.92cc/g。
实施例2
用去离子水配制浓度为0.1mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：10；
在室温下将配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，经过雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，搅拌速度为300r/min，控制体系的加料速度为9ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5；
待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤滤饼，置于65℃鼓风干燥箱内烘干，降至室温后取出并碾碎，得到放射状的碳酸铝铵粉体，比表面积为530m2/g。
将制得的放射状碳酸铝铵粉体置于扫描电镜下观察，其SEM图见图3，可知，产物呈现出放射状形貌。
将制得的碳酸铝铵粉体在500℃煅烧2h得到γ-Al2O3粉体，比表面积为262m2/g，孔容为0.98cc/g。
实施例3
用去离子水配制浓度为0.3mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：14；
在室温下将配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，搅拌速度为350r/min，控制体系的加料速度为10ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5；
待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤，滤饼置于90℃鼓风干燥箱内烘干，降至室温后取出并碾碎，得到放射状的碳酸铝铵粉体，比表面积为510m2/g。
将制得的碳酸铝铵粉体在500℃煅烧2h得到γ-Al2O3粉体，比表面积为295m2/g，孔容为1.2cc/g。
实施例4
用去离子水配制浓度为0.4mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：16；
在室温下将配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，搅拌速度为380r/min，控制体系的加料速度为11ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5；
待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤，滤饼置于95℃鼓风干燥箱内烘干，降至室温后取出并碾碎，得到海胆状的碳酸铝铵粉体，比表面积为540m2/g。
将制得的碳酸铝铵粉体在500℃煅烧2h得到γ-Al2O3粉体，比表面积为275m2/g，孔容为1.5cc/g。
实施例5
用去离子水配制浓度为0.5mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：12；
在室温下将配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，搅拌速度为400r/min，控制体系的加料速度为12ml/min，控制体系的喷射终点pH为9.5；
待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤，滤饼置于100℃鼓风干燥箱内烘干，降至室温后取出并碾碎，得到海胆状的碳酸铝铵粉体，比表面积为550m2/g。
将制得的碳酸铝铵粉体在500℃煅烧2h得到γ-Al2O3粉体，比表面积为255m2/g，孔容为0.96cc/g。
上述实施例制得的高比表面积的γ-Al2O3粉体可用于吸附催化和光学陶瓷等领域。将碳酸铝铵粉体置于1150℃条件下煅烧2h可得到α-Al2O3粉体，α-Al2O3粉体可作为远红外发射和保温材料被应用于化纤产品和高压钠灯中，也可应用于YGA激光晶的主要配件和集成电路基板中。

Claims (5)

1.一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用去离子水配制浓度为0.1～0.5mol/L的硝酸铝溶液，用去离子水配制碳酸氢铵溶液，其中铝离子与碳酸氢铵溶液摩尔比为1：(10～16)；
(2)在室温下将步骤(1)中配制的硝酸铝溶液置于雾化器中，经过雾化后喷射到碳酸氢铵溶液中，进行均匀混合，同时进行高速搅拌，控制体系的加料速度为8～12ml/min，控制体系的喷射终点pH为8.5～9.5；
(3)待反应结束后，停止搅拌，将沉淀物抽滤、干燥、碾碎，得到不同形貌的碳酸铝铵粉体。
2.根据权利要求1所述的一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述搅拌的速率为200～400r/min。
3.根据权利要求1所述的一种超高比表面积碳酸铝铵的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述干燥方式为热风烘干，干燥温度为50～100℃。
4.一种碳酸铝铵热分解制备氧化铝的方法，其特征在于，步骤是：将权利要求1至3任一项所述的制备方法制得的碳酸铝铵粉体置于500～1150℃条件下煅烧，即制得不同晶相的氧化铝。
5.根据权利要求4所述的一种碳酸铝铵热分解制备氧化铝的方法，其特征在于，所述煅烧时间为2h。
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