CN112939045B - 一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细高纯γ‑氧化铝的制备方法，其包括以下步骤：S1将金属铝和催化剂装填入通道反应器内，在通道反应器的一端匀速连续通入异丙醇，连续合成反应，得到异丙醇铝，经过精馏操作后，得到高纯异丙醇铝；S2将高纯异丙醇铝溶解在异丙醇里，然后滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化得到沉淀物，烘干得到氧化铝前驱体；S3过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，烘干，再研磨和过筛，最后进行脱水反应，即可制备得到γ‑氧化铝产品。本发明超细高纯γ‑氧化铝的制备方法，一方面，制备得到的γ‑氧化铝纯度高，另外一方面可实现高纯异丙醇铝的连续化生产，其工艺简单、操作方便，满足批量制备γ‑氧化铝的需求。

Description

一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法

技术领域

本发明涉及γ-氧化铝制备的技术领域，具体的说涉及一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法。

背景技术

氧化铝是一种无机物，化学式Al₂O₃。是一种高硬度的化合物，熔点为2054℃，沸点为2980℃。Al₂O₃有许多同质异晶体，已知的有10多种，主要有3种晶型，即α- Al₂O₃、β-Al₂O₃、γ- Al₂O₃。其中结构不同性质也不同。γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强。工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂。随着科学技术的发展，国内外对超细高纯氧化铝粉末的需求量越来越大，对高纯氧化铝粉末的颗粒度、纯度及均匀性提出了更高的要求。

鉴于此，亟需提供一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法，以解决现有γ型氧化铝制备方法，其生产效率低，产物纯度不高的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1异丙醇铝制备：将金属铝和催化剂装填入通道反应器内，在所述通道反应器的一端匀速连续通入异丙醇，在所述催化剂的作用下，连续合成反应，得到异丙醇铝，所述异丙醇铝经过精馏操作后，塔底得到高纯异丙醇铝，塔顶得到的异丙醇返回至所述通道反应器；高纯异丙醇铝的制备过程中，只需加入一次催化剂，即可实现高纯异丙醇铝的连续化生产，通过在独特结构设计的通道反应器中进行连续化反应，不仅使得固液两相接触反应充分，而且避免间歇式反应频繁添加物料，频繁升降温度导致的高能耗，以及杂质的带入。

S2异丙醇铝水解：将10～30份步骤S1得到的高纯异丙醇铝溶解在50～100份异丙醇里，然后以一定速度滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化后，分层得到上清液和沉淀物，所述上清液返回用于去离子水的稀释，所述沉淀物在70～80℃的烘箱中烘干，得到氧化铝前驱体；

S3γ-氧化铝制备：将步骤S2得到的氧化铝前驱体200～300目过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，球磨8～12h后，70～80℃烘干，再研磨和200～300目筛网过筛，最后在140～150℃的温度下进行脱水反应，即可制备得到γ-氧化铝产品。

优选地，所述通道反应器长径比为20～30：1，所述通道反应器内沿反应器长度方向设有多个微混合反应区。所述微混合反应区由弧形内壁、前挡板、后挡板和通道反应器本体构成，所述弧形内壁沿通道反应器长度方向设置，前挡板和后档板沿通道反应器异丙醇原料的流动方向倾斜10～30度。本发明的通道反应器可使异丙醇和金属铝在微混合反应区内进行湍流接触碰撞，一方面延长了异丙醇在通道反应器内的停留时间，使其与金属铝反应更加充分，另外一方面，增大了固液两相的接触面积，进一步提高异丙醇铝的反应收率。

优选地，所述反应的引发温度为40～50℃，反应温度为80～90℃。

优选地，所述异丙醇在通道反应器中的停留时间为60～90min。

优选地，所述催化剂为异丙醇铝和/或三正丙基铝。

优选地，所述金属铝、催化剂和异丙醇的质量比为10:0.01～0.05:0.5～3。

优选地，在步骤S2中，所述异丙醇与去离子水的体积比为10～20:1，所述滴加速度为10～50mL/min，滴加时间为30～180min。

所述精馏操作在精馏装置内进行，塔底得到的异丙醇铝还包括重金属除杂处理操作。通过在通道反应器中进行异丙醇和金属铝的反应，制备得到高纯的异丙醇铝，通过精馏和除杂处理后，进一步提高了产品的纯度，得到纯度大于99.99%的异丙醇铝。

本发明的有益效果：

本发明超细高纯γ-氧化铝的制备方法，通过连续制备得到的高纯异丙醇铝为原料，经过温和的水解反应和老化过程，得到氧化铝前驱体，再经过物理处理后，经脱水反应制得超细高纯γ-氧化铝。

本发明超细高纯γ-氧化铝的制备方法，无额外化合物添加，制备得到的物料纯度高，原料异丙醇可循环利用，整个制备过程绿色无污染，能耗低，可批量制备高纯异丙醇铝原料及其水解产物γ-氧化铝。

总的来说，本发明超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其工艺简单、操作方便，反应产物纯度高，可满足工业化生产和高性能要求。

附图说明

图1为本发明高纯异丙醇铝原料的制备工艺流程图；

图2为图1中A处的局部放大图；

其中，通道反应器1，缓冲罐2，隔膜泵3，精馏塔4，除杂设备5，不锈钢筛网11，微混合反应区12，列管式冷凝器41，再沸器42，异丙醇加入口101，金属铝加入口102，反应产物出口103，导热油进口104，导热油出口105。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其包括以下步骤：

首先，通过通道反应器的金属铝加入口向通道反应器的微混合反应区中注入10kg铝粒，平均粒径为5mm，所述通道反应器的长径比为20：1，接着通过通道反应器的金属铝加入口通入40g催化剂异丙醇铝；然后加热至50℃，以每小时1L的速率通过通道反应器的异丙醇加入口泵入异丙醇，反应5min后升温至85℃在通道反应器内的微混合反应区内进行连续回流反应，通入60min后通道反应器反应产物出口出现合格异丙醇铝和异丙醇混合液。通过设置在通道反应器外壁上的循环导热油夹套及导热油进口和导热油出口，控制通道反应器温度。通道反应器靠近异丙醇加入口一侧还设有不锈钢筛网，以防止加入的金属铝从通道反应器异丙醇加入口流出。

其次，将上述反应产物收集在缓冲罐中，并通过隔膜泵泵入精馏塔进行连续蒸馏操作，蒸除异丙醇，蒸馏温度为90℃，塔顶得到80～90℃异丙醇的轻馏分，经过列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反应器，塔底重馏分135～145℃异丙醇铝，经过再沸器循环操作后，得到高纯异丙醇铝。

取10份制备得到的高纯异丙醇铝溶解在50份异丙醇里，然后以一定速度滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化后，分层得到上清液和沉淀物，所述上清液返回用于去离子水的稀释，所述沉淀物在70℃的烘箱中烘干，得到氧化铝前驱体；所述异丙醇与去离子水的体积比为10:1，所述滴加速度为10mL/min，滴加时间为180min。

再将得到的氧化铝前驱体200目过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，球磨8h后，70℃烘干，再研磨和200目筛网过筛，最后在140℃的温度下进行脱水反应，即可制备得到γ-氧化铝产品。

经测试，本实施例制备得到的γ-氧化铝微粒的平均粒径为10.6nm，γ-氧化铝纯度为99.73%。

实施例2

本实施例超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其包括以下步骤：

首先，通过通道反应器的金属铝加入口向通道反应器的微混合反应区中注入10kg铝粒，平均粒径为5mm，所述通道反应器的长径比为25：1，接着通过通道反应器的金属铝加入口通入40g催化剂（异丙醇铝或三正丙基铝）；然后加热至50℃，以每小时1L的速率通过通道反应器的异丙醇加入口泵入异丙醇，反应5min后升温至85℃在通道反应器内的微混合反应区内进行连续回流反应，通入72min后通道反应器反应产物出口出现合格异丙醇铝和异丙醇混合液。通过设置在通道反应器外壁上的循环导热油夹套及导热油进口和导热油出口，控制通道反应器温度。通道反应器靠近异丙醇加入口一侧还设有不锈钢筛网，以防止加入的金属铝从通道反应器异丙醇加入口流出。

其次，将上述反应产物收集在缓冲罐中，并通过隔膜泵泵入精馏塔进行连续蒸馏操作，蒸除异丙醇，蒸馏温度为90℃，塔顶得到80～90℃异丙醇轻馏分，经过列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反应器，塔底重馏分135～145℃异丙醇铝，经过再沸器循环操作后通过除杂设备，得到高纯异丙醇铝。

取20份制备得到的高纯异丙醇铝溶解在80份异丙醇里，然后以一定速度滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化后，分层得到上清液和沉淀物，所述上清液返回用于去离子水的稀释，所述沉淀物在80℃的烘箱中烘干，得到氧化铝前驱体；所述异丙醇与去离子水的体积比为15:1，所述滴加速度为30mL/min，滴加时间为100min。

再将得到的氧化铝前驱体300目过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，球磨10h后， 80℃烘干，再研磨和300目筛网过筛，最后在145℃的温度下进行脱水反应，即可制备得到γ-氧化铝产品。

经测试，本实施例制备得到的γ-氧化铝微粒的平均粒径为9.7nm，γ-氧化铝纯度为99.87%。

实施例3

本实施例超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其包括以下步骤：

首先，通过通道反应器的金属铝加入口向通道反应器的微混合反应区中注入10kg铝粒，平均粒径为5mm，所述通道反应器的长径比为30：1，接着通过通道反应器的金属铝加入口通入40g催化剂（异丙醇铝或三正丙基铝）；然后加热至50℃，以每小时1L的速率通过通道反应器的异丙醇加入口泵入异丙醇，反应5min后升温至85℃在通道反应器内的微混合反应区内进行连续回流反应，通入88min后通道反应器反应产物出口出现合格异丙醇铝和异丙醇混合液。通过设置在通道反应器外壁上的循环导热油夹套及导热油进口和导热油出口，控制通道反应器温度。通道反应器靠近异丙醇加入口一侧还设有不锈钢筛网，以防止加入的金属铝从通道反应器异丙醇加入口流出。

其次，将上述反应产物收集在缓冲罐中，并通过隔膜泵泵入精馏塔进行连续蒸馏操作，蒸除异丙醇，蒸馏温度为95℃，塔顶得到80～90℃异丙醇轻馏分，经过列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反应器，塔底重馏分135～145℃异丙醇铝，经过再沸器循环操作后通过除杂设备，得到高纯异丙醇铝。

取30份制备得到的高纯异丙醇铝溶解在100份异丙醇里，然后以一定速度滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化后，分层得到上清液和沉淀物，所述上清液返回用于去离子水的稀释，所述沉淀物在80℃的烘箱中烘干，得到氧化铝前驱体；所述异丙醇与去离子水的体积比为20:1，所述滴加速度为50mL/min，滴加时间为30min。

再将得到的氧化铝前驱体300目过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，球磨12h后， 80℃烘干，再研磨和300目筛网过筛，最后在150℃的温度下进行脱水反应，即可制备得到γ-氧化铝产品。

经测试，本实施例制备得到的γ-氧化铝微粒的平均粒径为9.4nm，γ-氧化铝纯度为99.85%。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1异丙醇铝制备：将金属铝和催化剂装填入通道反应器内，在所述通道反应器的一端匀速连续通入异丙醇，在所述催化剂的作用下，连续合成反应，得到异丙醇铝，所述异丙醇铝经过精馏操作后，塔底得到高纯异丙醇铝，塔顶得到的异丙醇返回至所述通道反应器；

S2异丙醇铝水解：将10～30份步骤S1得到的高纯异丙醇铝溶解在50～100份异丙醇里，然后以一定速度滴加到经异丙醇稀释后的去离子水中，经水解、老化后，分层得到上清液和沉淀物，所述上清液返回用于去离子水的稀释，所述沉淀物在70～80℃的烘箱中烘干，得到氧化铝前驱体；

S3γ-氧化铝制备：将步骤S2得到的氧化铝前驱体200～300目过筛后，以无水乙醇为分散剂，进行高速球磨，球磨8～12h后，70～80℃烘干，再研磨和200～300目筛网过筛，最后在140～150℃的温度下进行脱水反应，即可制备得到γ-氧化铝产品；

所述通道反应器长径比为20～30：1，所述通道反应器内沿反应器长度方向设有多个微混合反应区；所述异丙醇在通道反应器中的停留时间为60～90min；

所述微混合反应区由弧形内壁、前挡板、后挡板和通道反应器本体构成，所述弧形内壁沿通道反应器长度方向设置，前挡板和后档板沿通道反应器异丙醇原料的流动方向倾斜10～30度；金属铝加入口的水平位置高于异丙醇加入口的水平位置。

2.如权利要求1所述的超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述反应的引发温度为40～50℃，反应温度为80～90℃。

3.如权利要求1所述的超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述催化剂为异丙醇铝和/或三正丙基铝。

4.如权利要求1所述的超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其特征在于，所述金属铝、催化剂和异丙醇的质量比为10:0.01～0.05:0.5～3。

5.如权利要求1所述的超细高纯γ-氧化铝的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述异丙醇与去离子水的体积比为10～20:1，所述滴加速度为10～50mL/min，滴加时间为30～180min。

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