CN111747434A - 一种微波辅助燃烧法制备改性γ-Al2O3粉体的方法 - Google Patents

一种微波辅助燃烧法制备改性γ-Al2O3粉体的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ‑Al2O3粉体的方法，耦合了微波辅助强化技术与自蔓延燃烧合成技术，以硝酸铝、甘氨酸、柠檬酸为原料，添加硝酸钴和硝酸镝作改性剂制备Co‑Dy共掺的γ‑Al2O3粉体的工艺方法。与生产γ‑Al2O3粉体的现有技术相比，本发明工艺合成的γ‑Al2O3粉体在相同的特征尺寸下具有更高的热稳定性，是一种新型的高热稳定性催化载体材料。

Description

一种微波辅助燃烧法制备改性γ-Al2O3粉体的方法
技术领域
本发明属于材料合成工艺技术领域，具体涉及一种微波辅助燃烧法制备高热稳定性的γ-Al2O3粉体的工艺。
背景技术
目前，已发现有多种结晶态的氧化铝，分别为α型、κ型、θ型、χ型、δ型、η型、γ型、ρ型、β型的氧化铝，不同空间结构的氧化铝，其性质也不相同。其中α型、β型、γ型的氧化铝使用用途较广。氧化铝类型不仅与空间结构有关，还与温度有影响，不同的温度条件下，结晶态也在随之改变。比如，α型和γ型的氧化铝有着鲜明对比，α-Al2O3是高温下形成的产物，相反γ-Al2O3是低温下形成的产物。人们所提到的“活性氧化铝”，是指活性γ-Al2O3，由于活性γ-Al2O3具有良好的化学性质，可用制备陶瓷和催化剂载体，吸附剂、干燥剂，还优先发展于信息科技、光学和航天等行业。随着氧化铝具有的优良特性和受到广泛应用，进而引起了海内外人士的热切关注和研究。
近年来，提高γ-Al2O3热稳定性的方法主要有：添加不同的改性剂、不同的制备方法、以及不同的前驱体溶液制备方法。研究表明，以硝酸镧和硝酸铈作改性剂，采用La和Ce共掺时，确实能够有效提高氧化铝热稳定性，并且进一步证明：La和Ce共同改性要比单独用La改性效果好。因此本发明采用添加硝酸钴和硝酸镝作为改性剂，采用微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体来提高其热稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波辅助燃烧法制备高热稳定性的γ-Al2O3粉体的工艺。
本发明进行了掺杂改性γ-Al2O3粉体的合成。工艺过程采用了微波辅助的燃烧法合成技术与装置，包含有铝盐、燃烧剂与改性剂的前驱体溶液在反应装置中进行了氧化还原反应，反应后可得到蓬松似雪花状的白色粉末，是一种同时具有高比表面积、微小均匀粒径和高热稳定性的催化载体新材料。
本发明包括如下步骤：
原料为Al(NO3)3·9H2O；C2H5NO2，C6H8O7，Dy(NO3)3·6H2O，Co(NO3)2·6H2O。燃烧反应中，Al(NO3)3·9H2O，Dy(NO3)3·6H2O，Co(NO3)2·6H2O和C2H5NO2或C6H8O7的摩尔配比直接影响粉体的纯度，根据推进剂化学中的热化学理论计算燃料（还原剂）与硝酸盐（氧化剂）的摩尔配比。
将摩尔比为：燃烧剂与铝盐的摩尔比在3：1～1：1之间，改性剂与铝盐的摩尔比在0.01～0.05：1之间混合于刚玉坩埚中，加入1至3倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至60～90℃，搅拌速度为40～60转/分钟，混合时间为1至2小时。前驱体搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为500～800瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温达到指定的温度（700～1000℃）和保温时间2～6小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末。
本发明与现有制备工艺相比具有以下优点：
1、具有工艺简单，制备周期短，设备要求低，产率高，反应产物分布均匀的特点，容易实现工业化生产。
2、本发明通过控制原料配比、溶液前驱体制备，结合设定微波辅助自蔓燃后焙烧温度和恒温焙烧时间可制备膨松粉末状的高热稳定性的掺杂改性γ-Al2O3粉体，由于反应时间短、燃烧气流的剧烈冲击，有利于粒子的细化，降低粒子间的团聚程度，控制过程易于操作。
附图说明
图1 γ-Al2O3粉体的扫描电镜照。.
图2 γ-Al2O3粉体的XRD图谱。
图3 γ-Al2O3粉体的N2吸附脱附等温曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但并不因此而限制本发明的内容。
实施方式1
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C2H5NO2它们的摩尔比为0.03：0.03：3：6，混合于刚玉坩埚中，加入1倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至60℃，搅拌速度为40转/分钟，混合时间为1小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为500瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为200℃/小时，达到700℃时保温6小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。
实施方式2
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C2H5NO2它们的摩尔比为0.03：0.06：3：5，混合于刚玉坩埚中，加入1.5倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至80℃，搅拌速度为50转/分钟，混合时间为2小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为700瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为300℃/小时，达到1000℃时保温3小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。
实施方式3
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C2H5NO2它们的摩尔比为0.05：0.09：3：7，混合于刚玉坩埚中，加入3倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至90℃，搅拌速度为60转/分钟，混合时间为2小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为800瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为300℃/小时，达到800℃时保温4小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。
实施方式4
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C2H5NO2它们的摩尔比为0.03：0.07：3：6，混合于刚玉坩埚中，加入1倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至70℃，搅拌速度为50转/分钟，混合时间为2小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为800瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为300℃/小时，达到900℃时保温2小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。
实施方式5
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C6H8O7它们的摩尔比为0.03：0.03：3：9，混合于刚玉坩埚中，加入2倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至60℃，搅拌速度为60转/分钟，混合时间为2小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为600瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为300℃/小时，达到800℃时保温6小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。
实施方式6
分别称量一定量的Dy(NO3)3·6H2O、Co(NO3)2·6H2O、Al(NO3)3·9H2O、C6H8O7它们的摩尔比为0.03：0.06：3：8，混合于刚玉坩埚中，加入1倍的蒸馏水，混合溶液用带加热的磁力搅拌器加热至80℃，搅拌速度为50转/分钟，混合时间为1小时。并搅拌均匀后置于微波发生器中，微波功率为700瓦。溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中采用程序升温，升温速率为300℃/小时，达到1000℃时保温4小时，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末，XRD谱图分析结果表明产物为γ-Al2O3粉体。

Claims (7)

1.一种微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)前驱体溶液制备：按照比例准确称取适量的铝盐、燃烧剂和改性剂，将称取好的原料放进坩埚内，加入适量蒸馏水，放在磁力搅拌器上充分搅拌一定时间得到前驱体溶液；2)粉体合成：将前驱体溶液放置于具有微波发生器的密封加热设备中，开启微波发生器并调控功率至预定值，该过程中随着体系温度的不断升高，水份逐渐变少，溶液慢慢变成凝胶，当水份蒸发完全时，并达到了着火点，在较短的时间内，大量的烟雾逐渐放出后关闭微波发生器，冷却后移至马弗炉中升温达到指定的温度和处理时间，最终得到的产物为蓬松似雪花状的白色粉末。
2.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，前驱体溶液制备步骤中的铝盐为硝酸铝，燃烧剂包括甘氨酸、柠檬酸，改性剂包括硝酸钴、硝酸镝。
3.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，燃烧剂与铝盐的摩尔比在3：1～1：1之间，优选为2：1，更优选为5：3，改性剂与铝盐的摩尔比在（0.01～0.05）：1之间，优选为0.02：1，更优选为0.03：1。
4.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，蒸馏水与原料质量比为3：1～1：1之间，优选为2：1。
5.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，前驱体混合温度为60℃，优选为90℃，搅拌速度为40转/分钟，优选为60转/分钟，混合时间为1小时优选为2小时。
6.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，粉体合成步骤中微波辅助过程的微波功率为500瓦，优选为800瓦，更优选为700瓦。
7.按照权利要求1所述微波辅助燃烧法制备掺杂改性γ-Al2O3粉体的方法，粉体合成步骤中微波燃烧反应后移置于马弗炉中加热过程升温速率为300℃/小时，优选为200℃/小时，终点温度为700～1000℃，优选为1000℃，煅烧时间2～6小时，优选为3小时。
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