CN114772621B - 一种棒状勃姆石粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒状勃姆石粉体的制备方法，涉及勃姆石粉体技术领域，本发明采用氯化铝、尿素和氧化铝为原料经水热反应制备得到棒状勃姆石粉体，所述棒状勃姆石的长度为2～20μm，直径为0.1～1.2μm；由于氧化铝是铝化合物的上游原料，价格低、来源广，本发明采用工业氧化铝为原料，可以降低成本；并且与现有技术相比，本发明反应体系中铝原料的浓度相对较高，可达到35‑53％；产物产率可达到40～65％，有利于提高生产效率。

Description

一种棒状勃姆石粉体的制备方法

技术领域：

本发明涉及勃姆石粉体技术领域，具体涉及一种棒状勃姆石粉体的制备方法。

背景技术：

勃姆石(γ-AlOOH)，又称一水软铝石，广泛应用于锂电池、涂料、塑料、橡胶等行业。近年来随着行业细分领域对纳米勃姆石的需求越来越高，纳米勃姆石的工业化研究得到了越来越多的关注。而特定形貌的无机纳米材料的制备与应用已经成为材料科学领域的热点。片状、球状和纤维状等纳米材料，由于其独特的物理化学性质及广泛的应用价值受到了广泛的关注。

勃姆石是制备氧化铝的重要前驱体，棒状勃姆石在煅烧之后能够保持原形貌，获得棒状氧化铝，其中大长径比(长径比大于15)棒状纳米氧化铝由于具有弹性模量大和易于堆积的特点，能够提高应力-应变性能，是一种良好的陶瓷增韧体。而且，棒状勃姆石自身也可以直接用于增韧。

公开号为CN105036163A的中国发明专利公开了“一种纳米纤维状薄水铝石的制备方法”，该方法通过将5mol/L的氢氧化钠以1～3mL/min的滴加速度滴加到100mL浓度为0.5-0.7mol/L的硝酸铝溶液中，在表面活性剂作用下水热反应制得纳米纤维状薄水铝石。

国际申请号为PCT/CN2019/114246的专利“一种长径比可控的AlOOH纳米佐剂及其制备方法”，公开了以硝酸铝、硫酸铝等无机铝盐溶液(浓度50-200mg/mL)、碱性溶液为原料，在水热条件下通过控制体系pH为3-7得到长径比分别为4.2至15的纳米棒状材料。

以上现有技术采用铝盐为原料，成本相对较高，且经验证，产率较低。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种棒状勃姆石粉体的制备方法，制得的棒状勃姆石长度为2～20μm、直径为0.1～1.2μm。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种棒状勃姆石粉体的制备方法，包括以下制备步骤：

(1)将氯化铝水溶液与尿素混合搅拌，在一定温度下进行熟化，得到物料A；

(2)将氧化铝加入水中得到氧化铝浆料，用H₂SO₄调节pH值，得到物料B；

(3)将步骤(1)的物料A与步骤(2)的物料B混合均匀后置于反应容器中进行水热反应；

(4)水热反应后的产物经冷却、离心、洗涤、干燥，即可得到棒状勃姆石。

所述棒状勃姆石的长度为2～20μm，直径为0.1～1.2μm。

所述步骤(1)中氯化铝溶液的浓度为0.1～0.6kg/L，优选0.2～0.5kg/L。

所述步骤(1)中氯化铝与尿素的质量比为1:(2～6)。

所述步骤(1)中物料A的熟化温度为70～90℃，优选80～90℃；熟化时间为0.5～2h，优选1～2h。

所述步骤(2)中氧化铝的D₅₀≤0.2μm。

所述步骤(2)中氧化铝浆料的固含量为10％～50％，优选20％～50％。

所述步骤(2)中物料B的pH＝2～5，优选pH＝2～4。

所述氯化铝与氧化铝的质量比为1:(20～70)。

所述步骤(3)中水热反应的反应温度为195～210℃，釜内压强为2～5Mpa，反应时间为36～40h。

本发明以工业氧化铝作为主要铝源，氯化铝为辅配铝源，尿素为沉淀剂，经硫酸调节pH后，使工业氧化铝在氯化铝作用下形成棒状勃姆石。

本发明的有益效果是：

1、由于氧化铝是铝化合物的上游原料，与铝醇盐、铝盐等铝源相比，本发明采用工业氧化铝为主原料，价格低、来源广。

2、与现有技术相比，本发明反应体系中铝原料的浓度相对较高，可达到35-53％；产物产率可达到40～65％，有利于提高生产效率。

附图说明：

图1为本发明实施例1制备的棒状勃姆石的XRD图谱；

图2为本发明实施例1制备的棒状勃姆石的SEM图；

图3为本发明实施例2制备的棒状勃姆石的SEM图；

图4为本发明实施例3制备的棒状勃姆石的SEM图；

图5为本发明实施例4制备的棒状勃姆石的SEM图；

图6为本发明实施例5制备的棒状勃姆石的SEM图；

图7为本发明实施例6制备的棒状勃姆石的SEM图；

图8为本发明对比例1制备的产物的SEM图；

图9-12为本发明对比例2制备的产物的SEM图；

图13为本发明对比例3制备的产物的SEM图；

图14为本发明对比例4制备的产物的SEM图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。

以下实施例和对比例中的氧化铝为粒径D₅₀＝0.2μm的粉末。

实施例1

向1L去离子水中加入0.4kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.2kg尿素反应，将反应后的浆料在80℃烘箱中熟化1h，得到物料A。取17kg氧化铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3.5，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌1h后加入到桶中，放入200℃、3.5Mpa的蒸压釜中反应40h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为3μm，直径为0.3μm，产率为43％。

如图1所示，本实施例制得的勃姆石粉体为γ-AlOOH相结构(JCPDS card no.05-0190)。

如图2所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

实施例2

向1.5L去离子水中加入0.3kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.6kg尿素反应，将反应后的浆料在85℃烘箱中熟化1.2h，得到物料A。取15kg氧化铝与20kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌1.5h后加入到桶中，放入200℃、2Mpa的蒸压釜中反应39h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为5μm，直径为0.25μm，产率为56％。

本实施例制得的勃姆石粉体的XRD图谱与图1一致。

如图3所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

实施例3

向1.5L去离子水中加入0.6kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.4kg尿素反应，将反应后的浆料在85℃烘箱中熟化1.5h，得到物料A。取18kg氧化铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌1.5h后加入到桶中，放入200℃、2Mpa的蒸压釜中反应38h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为10μm，直径为0.5μm，产率为55％。

本实施例制得的勃姆石粉体的XRD图谱与图1一致。

如图4所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

实施例4

向2L去离子水中加入0.6kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.6kg尿素反应，将反应后的浆料在90℃烘箱中熟化2h，得到物料A。取16kg氧化铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至2.5，继续搅拌25min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌1.5h后加入到桶中，放入200℃、2.5Mpa的蒸压釜中反应40h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为6μm，直径为0.2μm，产率为46％。

本实施例制得的勃姆石粉体的XRD图谱与图1一致。

如图5所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

实施例5

向1.6L去离子水中加入0.4kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.6尿素反应，将反应后的浆料在83℃烘箱中熟化1h，得到物料A。取15kg氧化铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3.8，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌2h后加入到桶中，放入200℃、2Mpa的蒸压釜中反应39h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为7.5μm，直径为0.35μm，产率为48％。

本实施例制得的勃姆石粉体的XRD图谱与图1一致。

如图6所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

实施例6

向1.8L去离子水中加入0.9kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.9kg尿素反应，将反应后的浆料在85℃烘箱中熟化1h，得到物料A。取20kg氧化铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至2，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌2h后加入到桶中，放入200℃、3Mpa的蒸压釜中反应40h。产物经过过滤、清洗、烘干即得微米级棒状勃姆石，其长度为10μm，直径为0.15μm，产率为51％。

本实施例制得的勃姆石粉体的XRD图谱与图1一致。

如图7所示，本实施例制得的勃姆石粉体为棒状结构的勃姆石。

对比例1

取30g Al(NO₃)₃·9H₂O溶于100mL去离子水中，搅拌均匀后用氨水调节pH至5，继续搅拌10min后过滤清洗，沉淀物在50℃烘箱中烘干成干凝胶。按照质量比配制10％的凝胶/水的混合物，加入到反应釜中，置于200℃烘箱中反应48h，结束后将产物进行清洗、干燥。

如图8所示，本对比例得到的产物为棒状勃姆石，但产率仅为5％。

对比例2

取30g Al(NO₃)₃·9H₂O溶于100mL去离子水中，搅拌均匀后用氨水调节pH至5，继续搅拌10min后过滤清洗，沉淀物在50℃的烘箱中烘干成干凝胶。按照质量比分别配制质量比为1:1、2:1、3:1、6:1的凝胶/水的混合物，加入到反应釜中，置于200℃烘箱中反应48h，结束后将产物进行清洗、干燥。

以上4个质量比对应的产物SEM图分别如图9、10、11、12所示，随着铝源用量的增加，产物由棒状转为不规则块状。

对比例3

向1L去离子水中加入0.4kg氯化铝，搅拌均匀后加入1.2kg尿素反应，将反应后的浆料在80℃烘箱中熟化1h，得到物料A。取17kg硫酸铝与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3.5，继续搅拌30min形成酸浆料，得到物料B。将物料A和物料B混合搅拌1h后加入到桶中，放入200℃、20Mpa的蒸压釜中反应40h。产物经过过滤、清洗、烘干。

如图13所示，本对比例得到的产物为不规则块状。

对比例4

将0.4kg氯化铝、17kg氧化铝、1.2kg尿素与25kg去离子水混合搅拌30min，用硫酸调pH至3.5，继续搅拌1.5h后形成酸浆料。将酸浆料加入到密闭桶中，放入200℃、4Mpa的蒸压釜中反应40h。产物经过过滤、清洗、烘干。

如图14所示，本对比例得到的产物为不规则块状。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种棒状勃姆石粉体的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

(1) 将氯化铝水溶液与尿素混合搅拌，在一定温度下进行熟化，得到物料A；

(2) 将氧化铝加入水中得到氧化铝浆料，用H₂SO₄调节pH值，得到物料B；

(3) 将步骤(1)的物料A与步骤(2)的物料B混合均匀后置于反应容器中进行水热反应；

(4) 水热反应后的产物经冷却、离心、洗涤、干燥，即可得到棒状勃姆石；

所述棒状勃姆石的长度为2~20μm，直径为0.1~1.2μm；

所述步骤(1)中物料A的熟化温度为70~90℃；熟化时间为0.5~2 h；

所述步骤(2)中氧化铝的D₅₀≤0.2μm；

所述步骤(2)中物料B的pH=2~5；

所述氯化铝与氧化铝的质量比为1 : (20~70)；

所述步骤(3)中水热反应的反应温度为195~210℃，釜内压强为2~5MPa，反应时间为36~40h。

2.根据权利要求1所述的棒状勃姆石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中氯化铝溶液的浓度为0.1~0.6kg/L。

3.根据权利要求1所述的棒状勃姆石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中氯化铝与尿素的质量比为1 : (2~6)。

4.根据权利要求1所述的棒状勃姆石粉体的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中氧化铝浆料的固含量为10%~50%。

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