CN114160058B - 无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法。该方法包括：分别配制一定浓度的碱液和无机铝盐溶液，在剧烈搅拌的条件下向无机铝盐溶液中滴加碱液，随着碱液的加入，铝盐溶液中逐步形成越来越多的白色沉淀物，待体系PH介于一定数值之间时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液；抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗若干次以除去不溶物中夹杂的杂质；加水分散白色不溶物，随后将分散液在水浴条件下搅拌、老化，即得纳米级铝溶胶。本方法不需要引入额外酸源，能够充分利用无机铝盐水解产生的H+，简化了铝溶胶的制备流程；与额外引入酸源的方法相比，本方法更有助于提高溶胶制备体系的原子利用率，符合绿色化学理念。

Description

无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法
技术领域
本发明涉及铝溶胶原材料技术领域，尤其涉及一种简便的纳米级铝溶胶的制备方法。
背景技术
铝溶胶，又名勃姆石溶胶，是由带正电荷的氢氧化铝纳米粒子，即AlOOH·nH2O，分散到溶剂中形成的胶体溶液。目前铝溶胶广泛应用于氧化铝纤维、氧化铝浇注料、表面活性剂、成型粘结剂、乳化剂及催化剂粘接剂等领域，而针对复合材料领域基体用铝溶胶的研制工作较少。随着国内航空航天事业的快速发展，对航空航天材料提出了更高的要求，氧化铝基底的陶瓷基复合材料，具备耐高温、抗氧化、热稳定性高的特点，满足新一代航空航天材料的发展要求，在新一代航天器上具有较大的应用空间，因此，探索陶瓷基复合材料基体用铝溶胶的生产方法十分迫切，复合材料基体用铝溶胶应该尽可能满足粒径小、粘度低的特点。
目前国内传统铝溶胶的生产方式涉及：盐酸法、有机铝化合物水解法、SB粉直接胶解法与无机铝源法。以上四种方法均需要引入大量酸源，不但增加了反应成本及操作的危险性，减缓了反应效率，而且不利于提高体系的原子利用率，不符合绿色化学理念。这迫使科研工作者尽可能开发一种安全、便捷、高原子利用率的铝溶胶制备新思路。
发明内容
本发明从简化铝溶胶制备流程、提高制备体系原子利用率的角度出发，发展了一种无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法。
本发明提供的无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法，包括以下步骤：
(1)配制一定浓度的碱液和无机铝盐溶液，在剧烈搅拌的条件下向无机铝盐溶液中滴加碱液。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，随时监测铝盐溶液的PH，待体系PH介于一定数值之间时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液。
(3)抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗若干次以除去不溶物中夹杂的杂质；清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重。
(4)加水分散白色不溶物，随后将分散液在水浴条件下搅拌、老化一定时间，即得纳米级铝溶胶。
优选的是，步骤(1)中，所述碱液为氨水、氢氧化钠溶液等，碱液的浓度为0.5mol/L～1mol/L。
优选的是，步骤(1)中，所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝及氯化铝等无机铝盐；所述铝盐中的铝离子以摩尔量计为所述碱液中的氨根离子(对氨水而言)或氢氧根离子(对氢氧化钠而言)的1/10～1/4，所述铝盐溶液中铝离子的浓度为0.5mol/L至1mol/L。
优选的是，步骤(2)中，用PH试纸及PH计随时监测铝盐溶液的PH，PH试纸用于粗略估计体系的PH，待PH介于7左右后，及时更换PH计精准测量体系PH，务必在体系PH介于7.5～8.0之间及时停止滴加碱液。
优选的是，步骤(2)中，停止滴加碱液后继续剧烈搅拌混合溶液20～40分钟。
优选的是，步骤(3)中，清洗次数为3～6次，使用的去离子水的质量为步骤(3)得到的沉淀的20～40倍。
优选的是，步骤(4)中，所述加水量为步骤(3)中湿沉淀质量的6～10倍，水浴锅温度为80～90℃。
优选的是，步骤(4)中，所述老化的时间为18～36小时。
本发明还提供一种采用上述方法制备的纳米铝溶胶。
本发明具有如下优点：
(1)本方法旨在通过绿色化学理念实现铝溶胶的高效制备，反应条件温和，不需要引入额外酸源，能够通过控制加入氨水等的含量，控制体系中H+含量，能够充分利用无机铝水解产生的H+，简化了传统铝溶胶的制备流程，增加了合成的安全性，实现了不需要额外加入酸胶解就能制备出小粒径铝溶胶的目的。
(2)与额外引入酸源的方法相比，本方法更有助于提高溶胶制备体系的原子利用率，符合绿色化学理念。
(3)制备工艺简单，原材料与设备普通、常见，工艺窗口宽。对于高固含量需求的铝溶胶制备需求，可以通过超滤等工艺进行浓缩，具有固含量的可调节性。本发明不采用超声波等的方法处理溶胶，超声能量高，而本方法采用的搅拌方法能量低。
(4)本方法生产的溶胶是复合材料基底用铝溶胶，通过本方法制备的铝溶胶，粒径小，稳定性好，在复合材料基体材料领域具有一定的应用前景。
附图说明
图1是铝溶胶粒径分布图。其横坐标表示粒径尺寸，纵坐标表示强度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)配制碱液，碱液的浓度为0.5mol/L～1mol/L(例如0.5、0.8、1.0mol/L)，优选为0.8mol/L～1.0mol/L。配制铝盐溶液，铝盐选自硝酸铝(例如Al(NO3)3·9H2O)、硫酸铝(例如Al2(SO4)3·16H2O)和氯化铝(即AlCl3)等无机盐的一种，铝盐中铝离子以摩尔量计为碱液中氨根离子(对氨水而言)或氢氧根离子(对氢氧化钠而言)的1/10～1/4(例如为1/4、1/6或1/8)，优选为1/8～1/6，所述铝盐溶液中铝离子的浓度为0.5～1mol/L。将碱液滴入剧烈搅拌状态的无机铝盐溶液中，使得其快速分散在本步骤反应体系中。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，用PH试纸及PH计随时监测混合溶液的PH，待体系PH介于7.5～8.0之间时，优选PH为7.5～7.8，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液。
(3)对沉淀进行抽滤，并进行3～6次的超声波清洗，每次超声时间不低于30分钟。总用水质量介于沉淀质量的20～40倍之间(20、30、40倍)。优选超声清洗次数为3次，总用水量为沉淀质量的30倍。
(4)清洗后的沉淀经过再次抽滤后，称重。加入湿沉淀质量6～10倍的去离子水，优选为8～9倍，在80～90℃水浴条件下搅拌、老化18～36小时，即得近乎透明的纳米级铝溶胶。制备的铝溶胶的固含量可以通过溶胶高温(1100℃)煅烧法确定，如需提高铝溶胶的固含量，可以通过超滤、蒸发溶剂等方法进行浓缩。
以下提供具体实施例。实施例中所用试剂均为化学纯，且均可市购。
实施例1
(1)配制一定1200ml、1mol/L的氨水和200ml、1mol/L的九水合硝酸铝溶液，在剧烈搅拌的条件下向硝酸铝溶液中滴加氨水。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，用PH试纸及PH计随时监测铝盐溶液的PH，待体系PH达到7.5时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液30分钟。
(3)抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗3次以除去不溶物中夹杂的杂质；清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重为40g。
(4)加400g水分散白色不溶物，随后将分散液在85℃水浴条件下搅拌、老化24小时，即得纳米级铝溶胶，所制备的铝溶胶的粒径分布如图1所示，分散粒径为2.5nm～4nm，聚集粒径尺寸介于28nm～60nm。
实施例2
(2)配制一定1200ml、1mol/L的氨水和150ml、0.5mol/L的硫酸铝溶液，在剧烈搅拌的条件下向硝酸铝溶液中滴加氨水。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，用PH试纸及PH计随时监测铝盐溶液的PH，待体系PH达到7.7时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液30分钟。
(3)抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗3次以除去不溶物中夹杂的杂质；清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重为42g。
(4)加400g水分散白色不溶物，随后将分散液在85℃水浴条件下搅拌、老化24小时，即得纳米级铝溶胶，所制备的铝溶胶的分散粒径为2nm～3.5nm，聚集粒径尺寸介于35nm～65nm。
实施例3
(3)配制一定1200ml、1mol/L的氢氧化钠和200ml、1mol/L的九水合硝酸铝溶液，在剧烈搅拌的条件下向硝酸铝溶液中滴加氨水。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，用PH试纸及PH计随时监测铝盐溶液的PH，待体系PH达到7.8时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液30分钟。
(3)抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗3次以除去不溶物中夹杂的杂质；清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重为36g。
(4)加350g水分散白色不溶物，随后将分散液在85℃水浴条件下搅拌、老化24小时，即得纳米级铝溶胶，所制备的铝溶胶的分散粒径为3nm～7nm，聚集粒径尺寸介于30nm～65nm。
实施例4
(4)配制一定1200ml、0.5mol/L的氨水和200ml、0.5mol/L的九水合硝酸铝溶液，在剧烈搅拌的条件下向硝酸铝溶液中滴加氨水。
(2)随着碱液的加入，铝盐溶液中会逐步形成越来越多的白色沉淀物，用PH试纸及PH计随时监测铝盐溶液的PH，待体系PH达到7.6时，停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液30分钟。
(3)抽滤以收集白色不溶物，用大量去离子水超声清洗若干次以除去不溶物中夹杂的杂质；清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重为23g。
(4)加200g水分散白色不溶物，随后将分散液在85℃水浴条件下搅拌、老化24小时，即得纳米级铝溶胶，所制备的铝溶胶的分散粒径为2nm～4nm，聚集粒径尺寸介于35nm～65nm。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而不以任何形式限制本发明。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种无机铝盐水解一步可控制备纳米铝溶胶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制一定浓度的碱液和无机铝盐溶液，在剧烈搅拌的条件下向无机铝盐溶液中滴加碱液；
(2)监测碱液加入过程中铝盐溶液的pH，待pH介于一定数值时停止滴加碱液，继续搅拌混合溶液；
(3)抽滤以收集白色不溶物，用去离子水超声清洗若干次以除去不溶物中夹杂的杂质，清洗后抽滤，收集湿沉淀并称重；
(4)加水分散白色不溶物，随后将分散液在水浴条件下搅拌、老化一定时间，即得纳米级铝溶胶；
其中，步骤(1)所述碱液为氨水；
其中，步骤(1)所述铝盐中的铝离子以摩尔量计为所述碱液中的氨根离子或氢氧根离子的1/10～1/4，所述铝盐溶液中铝离子的浓度为0.5mol/L至1mol/L；
其中，步骤(2)用pH试纸及pH计随时监测铝盐溶液的pH；pH试纸用于粗略估计体系的pH，待pH介于7左右后，及时更换pH计精准测量体系pH，务必在体系pH介于7.5～8.0之间及时停止滴加碱液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述铝盐选自硝酸铝、硫酸铝及氯化铝中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中停止滴加碱液后继续剧烈搅拌混合溶液20～40分钟。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)所述清洗的次数为3～6次，使用的去离子水的质量为步骤(3)得到的湿沉淀的20～40倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述加水的量为步骤(3)中湿沉淀质量的6～10倍，所述水浴条件包括水浴锅，水浴锅温度为80～90℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)所述老化的时间为18～36小时。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB441384A (en) * 1933-07-15 1936-01-16 Ig Farbenindustrie Ag Improvements in the manufacture and production of metal oxides colloidally soluble in water
CN1743268A (zh) * 2004-08-31 2006-03-08 中国石油化工股份有限公司 含氯铝溶胶的制备方法
EP2305603A1 (de) * 2009-10-05 2011-04-06 Cognis IP Management GmbH Aluminium-haltige Wasserglaslösungen
CN106622047A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 浙江大学 金属元素掺杂二氧化硅碱性纳米溶胶及其制备方法
CN108067210A (zh) * 2016-11-17 2018-05-25 中国石油化工股份有限公司 一种含锆氧化铝干胶粉及其制备方法和应用
CN112978774A (zh) * 2021-04-19 2021-06-18 陕西科技大学 一种用双沉淀剂制备自组装空心氧化铝微球的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB976328A (en) * 1961-02-09 1964-11-25 Diamond Alkali Co Improvements in or relating to the production of metal oxide sols
JP5133532B2 (ja) * 2006-07-31 2013-01-30 川研ファインケミカル株式会社 アルミナ有機溶媒分散液の製造方法
US8951607B2 (en) * 2007-05-03 2015-02-10 Tronox, Llc Making co-precipitated mixed oxide-treated titanium dioxide pigments
CN101619177B (zh) * 2009-07-31 2012-08-08 孝感学院 一种纳米二氧化钛包覆纳米三氧化二铝的制备方法
CN102010206A (zh) * 2010-12-15 2011-04-13 中国铝业股份有限公司 一种铝电解用硼化钛复合材料及其制备方法
CN111097549A (zh) * 2018-10-29 2020-05-05 中国石油化工股份有限公司 含镧氢氧化铝干胶粉及其制备方法和氧化铝载体及其应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB441384A (en) * 1933-07-15 1936-01-16 Ig Farbenindustrie Ag Improvements in the manufacture and production of metal oxides colloidally soluble in water
CN1743268A (zh) * 2004-08-31 2006-03-08 中国石油化工股份有限公司 含氯铝溶胶的制备方法
EP2305603A1 (de) * 2009-10-05 2011-04-06 Cognis IP Management GmbH Aluminium-haltige Wasserglaslösungen
CN108067210A (zh) * 2016-11-17 2018-05-25 中国石油化工股份有限公司 一种含锆氧化铝干胶粉及其制备方法和应用
CN106622047A (zh) * 2016-12-05 2017-05-10 浙江大学 金属元素掺杂二氧化硅碱性纳米溶胶及其制备方法
CN112978774A (zh) * 2021-04-19 2021-06-18 陕西科技大学 一种用双沉淀剂制备自组装空心氧化铝微球的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
无机盐和醇盐先躯体制备铝溶胶及铝系无机膜的比较;王黔平;郭琳琳;田秀淑;;陶瓷(第12期);18-24 *

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