CN113955782A

CN113955782A - 一种形貌可控的勃姆石制备方法

Info

Publication number: CN113955782A
Application number: CN202111039789.8A
Authority: CN
Inventors: 郑力; 李雨晴; 田姣; 秦晓明; 吕正中; 曾文强; 李亚德
Original assignee: Hubei Jinquan New Material Co ltd
Current assignee: Hubei Jinquan New Material Co ltd
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2022-01-21

Abstract

本发明属于材料制备技术领域，公开了一种形貌可控的勃姆石制备方法，包括以下步骤：S1：将铝盐完全溶解于水中，并加入pH调节剂调节pH为4～6.5，陈化后得到悬浊液；S2：将所述悬浊液加入反应釜中，在温度为180～205℃的条件下水热反应90～180min，自然冷却得到勃姆石浆料；S3：对所述勃姆石浆料进行粉碎、过滤、洗涤、干燥得到勃姆石产品。本申请提供的制备方法具有工艺流程短、制备条件温和，制备效率高，能够对勃姆石的形貌进行调控，制备得到的勃姆石形貌均一且粒径分布窄。

Description

一种形貌可控的勃姆石制备方法

技术领域

本发明涉及新材料制备技术领域，特别是涉及一种形貌可控的勃姆石制备方法。

背景技术

勃姆石又称软水铝石，结构式为γ-AlOOH，在催化剂载体、抛光磨料、阻燃材料等方面都有广泛的应用。勃姆石的制备方法有很多，如拜耳法、水解法和溶胶凝胶法等。但是上述方法都存在某些缺陷，例如：拜耳法针对不同的原料，制备工艺复杂，制备效率低；水解法则容易造成微观粒子团聚现象；而溶胶-凝胶法则制备过程较复杂，反应时间长，生产成本高，工业化难度也较大。以上做法效率低下，而且容易团聚，造成产品粒度分布不均，影响产品的使用性能，在实际生产勃姆石时的工艺控制有一定难度，因此本申请拟用水热法进行勃姆石的制备，相对于其他制备方法，水热法制得的勃姆石具有晶粒发育完整，粒度小，且分布均匀，颗粒团聚较轻的特点。

专利CN201810592975.6公开了一种碱法制备片状勃姆石的方法以及片状勃姆石，其中，该方法包括以下步骤：(1)将氢氧化铝与水的混合物球磨成氢氧化铝浆液，并配置成悬浊液；(2)将所述悬浊液与形貌调控剂混合，并将混合后的浆液调至碱性；(3)将步骤(2)得到的混合物进行水热处理。该方法反应时间短，能耗低，可在碱性环境下进行，对设备腐蚀性小，整个工艺中滤液可以循环利用，对环境友好，且能够制备出分散性好、粒度分布好、形貌均一、纯度高、结晶度高的片状勃姆石。但是该方法只能制备得到片状的勃姆石，同时需要加入形貌调控剂并将混合物的pH调节至11-14，即需要在强碱条件下进行反应，安全性和对设备的腐蚀均较大。

专利CN201810592975.6提供了一种调控勃姆石形貌的方法及装置，将分析纯的两种铝盐分别溶于去离子水中配制成溶液，按照一定的阴离子摩尔比，将两种铝盐溶液加入到反应釜中，再加入一定量的沉淀剂，混合液在反应釜中的填充度控制在67～80％，密封反应釜，将水热温度控制在120～200℃，反应6～24小时；将沉淀产物以4000转/分钟的转速离心分离，分别用去离子水及无水乙醇洗涤，并置于80～100℃真空干燥箱内干燥4～8小时，获得不同形貌的勃姆石超细粉体。该专利虽然能够获得不同形貌的勃姆石超细粉体，但是工艺操作过程中需要精确调节两种原料铝盐的用量对比，水热反应需要达到6～24小时，工艺繁琐且制备效率低下，且并未公开所制备得到勃姆石超细粉体的粒度范围。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明目的是提供一种能够制备不同形貌勃姆石的制备方法，该方法具有条件温和、制备效率高、产品形貌均一、粒度分布窄等特点。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种形貌可控的勃姆石制备方法，包括以下步骤：

S1：将铝盐完全溶解于水中，并加入pH调节剂调节pH为4～6.5，陈化后得到悬浊液；

S2：将所述悬浊液加入反应釜中，在温度为180～205℃的条件下水热反应90～180min，自然冷却得到勃姆石浆料；

S3：对所述勃姆石浆料进行粉碎、过滤、洗涤、干燥得到勃姆石产品。

进一步的，S1步骤中所述铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝等中的至少一种。

进一步的，S1步骤中所述pH调节剂包括氢氧化钠、尿素、氨水等中的至少一种。

进一步的，S2步骤中所述悬浊液在加入反应釜前进行固含量调节操作，调节所述悬浊液的固含量为25±2％。

进一步的，S2步骤中所述悬浊液在反应釜中的填充率为80±2％。如此，通过将填充率控制在80±2％能够保障本申请的水热反应在足够的压力下进行。

进一步的，S3步骤中所述粉碎为采用砂磨机进行粉碎。

进一步的，本申请制备得到的勃姆石为花束状、菱形板状或中空微球状。

进一步的，本申请所制备得到的勃姆石的粒度为中位粒径为0.8～1.3μm，纯度大于或等于99.8％。

本发明相比于现有技术的优点及有益效果如下：

(1)本发明提供的勃姆石制备方法，其工艺流程短、制备条件温和，制备效率高，所制备得到的勃姆石的粒径分布窄。

(2)本发明采用水热法，不加形貌控制剂，直接利用不同的铝盐和不同的pH调节剂在弱酸条件下制备出了不同形貌的产品，如：花束状、菱形板状、中空微球状等形貌，且形貌均一。

(3)本发明通过控制水热反应的温度和时间很好的控制了产品的粒径，使其范围分布较窄。

附图说明

图1为本发明实施例1制备勃姆石的工艺流程图；

图2为本发明实施例1制备得到的勃姆石的扫描电镜图；

图3为本发明实施例2制备得到的勃姆石的扫描电镜图；

图4为本发明实施例3制备得到的勃姆石的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图用具体实施方式和实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。如无特别说明，本发明中所有原料和试剂均为市购常规的原料、试剂。实施例中各组分的用量以质量体积份计，g、mL。

本发明提供的形貌可控的勃姆石制备方法，包括以下步骤：

S1：将铝盐完全溶解于水中，并加入pH调节剂调节pH为4～6.5，陈化后得到悬浊液。

需要说明的是，现有技术中经常采用氢氧化铝制备成悬浊液后水热反应，该方法制备的勃姆石形貌往往较为单一，本申请通过采用不同的铝盐搭配不同的pH调节剂，将铝盐溶解于水后加入pH调节剂沉淀生成氢氧化铝晶体，通过控制晶体生长条件从而能够使勃姆石呈现出不同的形貌。

一个实施方式中，所述铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝等中的至少一种。所述pH调节剂包括氢氧化钠、尿素、氨水等中的至少一种。优选的，所述铝盐和所述pH调节剂为分析纯；所述水为纯水。如此，减少使用试剂的杂质能够减少杂质对晶体生长速率和形貌的影响。

一个实施方式中，可采用搅拌方式促进所述铝盐完全溶解于水中。

一个实施方式中，可在搅拌条件下加入pH调节剂，如此能够快速将pH调节剂与铝盐溶液混匀，同时搅拌能够加快离子之间的相互碰撞，从而提高晶体的生成效率。

一个实施方式中，所述陈化为在陈化2～4h，优选为陈化3h。如此，通过陈化减少晶核中的杂质，提高最终生成的勃姆石的纯度。进一步的陈化可在一定温度下进行，如在30～45℃进行陈化，如此可提高陈化的速度，缩短陈化时间。

S2：将所述悬浊液加入反应釜中，在温度为180～205℃的条件下水热反应90～180min，自然冷却得到勃姆石浆料。

需要说明的是，在将所述悬浊液加入反应釜之前还对所述悬浊液进行固含量调节，将所述悬浊液的固含量调节至25±2％；可通过蒸发或者加入纯水的方式进行调节悬浊液的固含量。当固含量太小则勃姆石的生产效率太低而固含量过大时也会影响到勃姆石的收率，本申请的发明人发现，将所述悬浊液的固含量控制在25±2％能够既保障勃姆石的产量又能够保障收率。

一个实施方式中，所述悬浊液加入反应釜的填充率为80±2％，反应釜内的压强高低取决于填充率的大小，填充率越大，反应过程中产生的压强就越大。本发明申请人发现当填充率小于80±2％时，制备得到的勃姆石的产品均匀性较差，可能是由于反应釜内压力在80±2％时，能够加剧水热体系中各个反应，增加同一时间均匀成核的数量，从而使最终勃姆石产品的粒径较均一。

同时，水热反应的条件对勃姆石的晶体生长速率，晶体粒度大小有显著影响，即本申请通过控制反应温度和反应时间很好的控制了产品的粒径，使勃姆石的粒径分布较窄。同时，在本申请的条件下比现有中的勃姆石制备的水热反应时间大大缩短，只需进行90～180min，提高了生产效率。

一个实施方式中，水热反应在搅拌条件下进行，其中搅拌转速为700～900rpm，优选为800rpm。搅拌条件下，能够进一步促进水热反应中各体系的反应速度，如此可缩短水热反应的时间。

一个实施方式中，所述粉碎采用砂磨机进行，其中所述砂磨机的转速为800～1200rpm，砂磨次数为20次。对所述勃姆石浆料进行粉碎能够提高最终勃姆石产品的均一性。所述砂磨机的研磨介质可采用0.5～1.5mm的氧化锆珠，且研磨介质的装填率可为80～85％。

一个实施方式中，所述过滤可采用离心过滤或滤网过滤等常规过滤方式。

一个实施方式中，所述过滤可采用纯水对过滤得到的勃姆石产品进行洗涤，可重复洗涤3～5次，如此，可以去除附着在勃姆石产品表面的杂质，如未参与反应的钠离子或铵根离子等。

一个实施方式中，所述干燥可采用真空干燥或者在烘箱烘干等常规的方式进行。优选采用真空干燥，如此能够使勃姆石产品更加蓬松，不易聚集。

以下是具体实施例部分：

实施例1

S1：将硫酸铝搅拌溶解于纯水中，完全溶解后加入氨水调节pH为5，陈化3h后得到悬浊液；

S2：调节所述悬浊液的固含量为25％后，将其加入反应釜中，控制所述悬浊液在反应釜中的填充率为80％，将反应釜在800rpm的搅拌速度下，升温至190℃，水热反应120min，自然冷却得到勃姆石浆料；

S3：采用砂磨机对所述勃姆石浆料进行粉碎，其中砂磨机的转速为800rpm，砂磨次数为20次、然后进行过滤、用纯水洗涤3～5次、然后恒温干燥得到中空微球状的勃姆石产品。

采用扫描电镜对所制备得到的勃姆石进行形貌观察和粒径分析，如图2为实施例1制备得到的勃姆石的电镜扫描图，可见所制备得到勃姆石呈形貌均一的中空微球状，其粒径分布范围：0.214～4.583μm，中位粒径：1.323μm。

实施例2

S1：将硫酸铝搅拌溶解于纯水中，在硫酸铝完全溶解后加入尿素调节pH为4，陈化3h后得到悬浊液；

S2：调节所述悬浊液的固含量为25％后，将其加入反应釜中，控制所述悬浊液在反应釜中的填充率为80％，反应釜在搅拌条件下，温度为180℃，水热反应90min，自然冷却得到勃姆石浆料；

S3：采用砂磨机对所述勃姆石浆料进行粉碎、其中砂磨机的转速为1200rpm，砂磨次数为20次，然后进行过滤、用水洗涤3～5次、恒温干燥得到勃姆石产品。

采用扫描电镜对所制备得到的勃姆石进行形貌观察和粒径分析，如图3为实施例2制备得到的勃姆石的电镜扫描图，可见所制备得到勃姆石呈形貌均一的花束状，其粒径分布范围：0.214～4.034μm，中位粒径：1.238μm。

实施例3

S1：将硝酸铝搅拌溶解于纯水中，在硝酸铝完全溶解后加入氢氧化钠调节pH为6.5，陈化3h后得到悬浊液；

S2：调节所述悬浊液的固含量为25％后，将其加入反应釜中，控制所述悬浊液在反应釜中的填充率为80％，反应釜在搅拌条件下，温度为205℃，水热反应180min，自然冷却得到勃姆石浆料；

S3：采用砂磨机对所述勃姆石浆料进行粉碎、其中砂磨机的转速为1200rpm，砂磨次数为20次，然后进行过滤、用水洗涤3～5次、干燥得到勃姆石产品。

采用扫描电镜对所制备得到的勃姆石进行形貌观察和粒径分析，如图4为实施例3制备得到的勃姆石的电镜扫描图，可见所制备得到勃姆石呈形貌均一的中空微球状，其粒径分布范围：0.243～4.583μm，中位粒径：0.838μm。

上述实施例为本发明探索的最优实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：S1步骤中所述铝盐包括氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：S1步骤中所述pH调节剂包括氢氧化钠、尿素、氨水中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：S2步骤中所述悬浊液在加入反应釜前进行固含量调节操作，调节所述悬浊液的固含量为25±2％。

5.根据权利要求1所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：S2步骤中所述悬浊液在反应釜中的填充率为80±2％。

6.根据权利要求1所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：S3步骤中所述粉碎为采用砂磨机进行粉碎。

7.根据权利要求1～6任一项所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：所制备得到的勃姆石为花束状、菱形板状或中空微球状。

8.根据权利要求1～6任一项所述的形貌可控的勃姆石制备方法，其特征在于：所制备得到的勃姆石的粒度为中位粒径为0.8～1.3μm，纯度大于或等于99.8％。