CN115504493A - 一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法。具体而言，该方法包括以下步骤：热解步骤：在250‑310℃的温度下，将结晶氯化铝进行焙烧，得到无定形氧化铝；溶胶化步骤：在120‑210℃的温度下，向无定形氧化铝中加入水，得到铝溶胶；凝胶化步骤：向铝溶胶中加入碱，得到氢氧化铝凝胶；改性步骤：向氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂进行溶剂化，得到溶剂化氢氧化铝凝胶，然后向溶剂化氢氧化铝凝胶中加入表面改性剂进行疏水改性，得到疏水氢氧化铝凝胶；以及干燥并焙烧疏水氢氧化铝凝胶，得到氧化铝气凝胶。由该方法制备的氧化铝气凝胶的比表面积高、密度低且孔径大。

Description

一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法

技术领域

本发明属于氧化铝气凝胶制备技术领域，尤其涉及一种制备高比表面积氧化铝气凝胶的方法，更具体而言涉及一种由粉煤灰基结晶氯化铝制备高比表面积氧化铝气凝胶的方法。

背景技术

我国铝土矿资源严重短缺，已知我国目前的铝土矿资源可采储量仅为7.42亿吨，且品质低，加工困难。按照目前的开采规模，现有储量仅可开采10年左右，导致我国铝土矿对外依存度高，影响铝工业可持续发展。目前全球工业储量仅为约100 万吨。

我国准格尔煤田煤炭(储量265亿吨)伴生的氧化铝和金属镓含量高、分布均匀。煤中伴生的氧化铝储量达35亿吨，是我国目前铝土矿可采储量的近7倍；镓储量为86万吨，占世界总储量的80％以上。位于该煤田的黑岱沟和哈尔乌素2个露天矿煤炭储量为25.68亿吨，伴生氧化铝储量为3.39亿吨，镓为约9万吨。准格尔矿区“高铝、富镓”型煤经电厂燃烧后，铝、镓金属元素进一步富集，粉煤灰中氧化铝含量达50％以上。目前已知“一步酸浸法粉煤灰提取氧化铝”的工艺技术，具有流程短、条件宽泛、酸可循环、综合利用率高、可实现减量化等诸多优势，是解决我国铝土资源短缺的重要途径。

结晶氯化铝是粉煤灰生产氧化铝的中间产物，可以做为铝源生产铝系列化工产品。氧化铝气凝胶是把气体分散于固体中形成的高分散固体材料，在微观上具有纳米尺寸的均匀结构，具有高孔隙率、低密度、低热导率、低折射率、低杨氏模量、低声阻抗以及吸附性能强等特点，使其在热学、光学、电学、声学、吸附催化等诸多方面都具有广泛的应用。目前，现有技术中制备的氧化铝气凝胶比表面积低、密度高且孔径小。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法，以解决现有技术中氧化铝气凝胶比表面积低、密度高且孔径小的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法，该方法包括以下步骤：S1步骤：热解步骤：在250-310℃的温度下，将结晶氯化铝进行焙烧，得到无定形氧化铝；S2步骤：溶胶化步骤：在120-210℃的温度下，向无定形氧化铝中加入水，得到铝溶胶；S3步骤：凝胶化步骤：向铝溶胶中加入碱，得到氢氧化铝凝胶；S4步骤：改性步骤：向氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂进行溶剂化，得到溶剂化氢氧化铝凝胶，然后向溶剂化氢氧化铝凝胶中加入表面改性剂进行疏水改性，得到疏水氢氧化铝凝胶；以及S5步骤：干燥并焙烧疏水氢氧化铝凝胶，得到氧化铝气凝胶。

进一步地，该方法还包括S0步骤：使粉煤灰与盐酸进行酸浸反应，过滤并且蒸发结晶，得到结晶氯化铝。

进一步地，在S2步骤中，无定形氧化铝与水的重量比为1:1-1:10，溶胶化步骤进行1-4h。

进一步地，在S3步骤中，加入碱调节铝溶胶的pH值至5-8，碱是选自氨水和尿素中的一种或多种。

进一步地，在在S3步骤中，在40-80℃的温度下使得到的氢氧化铝凝胶陈化12-72h。

进一步地，在S4步骤中，有机溶剂与氢氧化铝凝胶的重量比为1:5-1:20，有机溶剂是选自乙醇、正丁醇、环氧乙烷和正己烷中的一种或多种。

进一步地，在S4步骤中，溶剂化温度为40-80℃，溶剂化时间为12-72h。

进一步地，在S4步骤中，基于溶剂化氢氧化铝凝胶的总重量，表面改性剂的添加量为 0.08-2.1wt％，表面改性剂是选自脂肪酸、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

进一步地，脂肪酸是硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸或月桂酸，硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，铝酸酯偶联剂是DL-411-A。

进一步地，在S4步骤中，疏水改性的温度为40-80℃，改性时间为12-72h。

进一步地，在S5步骤中，干燥温度为40-80℃，焙烧温度为300-500℃。

根据本发明的技术方案，提供了一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法，特别是提供了一种由粉煤灰基结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法。本发明的方法采用包括结晶氯化铝脱水热解制备无定形氧化铝、无定形氧化铝制备铝溶胶、氢氧化铝凝胶制备、氢氧化铝凝胶改性、氢氧化铝凝胶干燥和焙烧制备氧化铝气凝胶的步骤，实现了由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的目的，由本发明的方法制备的氧化铝气凝胶的比表面积高、密度低且孔径大。具体而言，由本发明的方法制备的气凝胶的比表面积大于850cm²/g，远高于现有技术中由无机铝源合成的气凝胶的比表面积(约400cm²/g或低于400cm²/g)。另外，本发明实现了由粉煤灰基结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶，从而拓宽了粉煤灰高值化利用的途径，完善了粉煤灰生产氧化铝的产业链。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明，以下针对本申请的详细说明并不构成对本申请权利要求保护范围的限制。

针对背景技术中所提及的现有技术中存在的不足，本发明的一个具体实施方式提供了一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法，该方法包括以下步骤：热解步骤：在250-310℃的温度下，将结晶氯化铝进行焙烧，得到无定形氧化铝；溶胶化步骤：在120-210℃的温度下，向无定形氧化铝中加入水，得到铝溶胶；凝胶化步骤：向铝溶胶中加入碱，得到氢氧化铝凝胶；改性步骤：向氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂进行溶剂化，得到溶剂化氢氧化铝凝胶，然后向溶剂化氢氧化铝凝胶中加入表面改性剂进行疏水改性，得到疏水氢氧化铝凝胶；以及干燥并焙烧疏水氢氧化铝凝胶，得到氧化铝气凝胶。

在热解步骤中，在约250-310℃的温度下对结晶氯化铝(AlCl₃·6H₂O)进行焙烧，结晶氯化铝在该温度下脱水并发生分解反应，形成无定形氧化铝。采用此温度进行低温焙烧结晶氯化铝能够使得结晶氯化铝分解脱氯，同时产生粉末状的处于无定形状态的氧化铝(结构疏松且不规则)。相比于现有技术中高温焙烧结晶氧化铝而得到的高度稳定的氧化铝而言，采用本发明的低焙烧温度得到的无定形氧化铝活性强，易于与水发生水合反应。在溶胶化步骤中，在120-210℃的温度下，向无定形氧化铝中加入一定量的水，无定形氧化铝与水发生水合反应从而形成铝溶胶。在铝溶胶中添加碱(碱性物质)，调节铝溶胶的pH值，促使铝溶胶形成三维空间网络状凝胶结构，由此铝溶胶形成氢氧化铝凝胶。在改性步骤中，向氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂，已知有机溶剂通常具有比水更低的表面张力，通过有机溶剂的添加，凝胶空隙中的水分子被低表面张力的小分子有机溶剂所替换，从而减少凝胶在随后的干燥过程中的收缩量，使干燥后的凝胶保持原有体积，避免其中的孔隙收缩而导致氧化铝气溶胶的比表面积降低。经过有机溶剂进行溶剂化的氢氧化铝凝胶更加易于与随后加入的表面改性剂进行改性反应。随后向有机溶剂化的氢氧化铝凝胶中加入表面改性剂进行改性，表面活性剂包括非水解基团(有机基团)和水解基团(活性基团)两端，其中水解基团一端发生水解反应形成硅羟基或铝羟基，羟基再与湿凝胶表面的羟基形成氢键，在适当条件下缩合、脱水和固化形成共价键，另一端起疏水作用，从而得到疏水氢氧化铝凝胶。疏水氢氧化铝凝胶经过干燥步骤蒸发掉其中的水和有机溶剂，再进行焙烧疏水氢氧化铝凝胶而转化为疏水氧化铝气凝胶。

优选地，结晶氯化铝的低温焙烧时间为1-4h。例如，低温焙烧时间为1h、2h、3h、4h等。结晶氯化铝的焙烧时间并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现结晶氯化铝向无定形氧化铝的充分转化。

在根据本发明的一个优选实施方式中，该方法还包括使粉煤灰与盐酸进行酸浸反应，过滤并且蒸发结晶，得到结晶氯化铝。在热解步骤中使用的结晶氯化铝可通过使粉煤灰与盐酸进行酸浸反应得到酸性浆液，随后过滤掉滤渣并对滤液进行蒸发结晶而得到。利用煤炭资源燃烧后产生的粉煤灰作为原料，粉煤灰中氧化铝与盐酸发生酸浸反应而制得氯化铝，经过滤并蒸发结晶后得到结晶氯化铝(粉煤灰基结晶氯化铝)。如此能够有效利用粉煤灰基结晶氯化铝作为原料制备氧化铝气凝胶，拓宽了粉煤灰高值化利用的途径，进而能在避免资源浪费和环境压力的前提下制得高值化铝有价产品，完善了粉煤灰生产氧化铝的产业链。

在根据本发明的一个优选实施方式中，无定形氧化铝与水的重量比为1:1-1:10，溶胶化步骤进行1-4h。例如，无定形氧化铝与水的重量比为1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、 1:4.5、1:5、1:5.5、1:6、1:6.5、1:7、1:7.5、1:8、1:8.5、1:9、1:9.5、1:10等，溶胶化步骤进行 1h、2h、3h、4h等。采用本发明范围内的无定形氧化铝与水的重量比以及溶胶化反应时间，能够确保无定形氧化铝与水以适当的化学计量比发生水合反应，调整无定形氧化铝的反应速度，形成的铝溶胶的溶胶单元颗粒更大，且铝溶胶总体积更大，有利于进一步增加氧化铝气凝胶产品的比表面积和气孔尺寸，以及进一步降低其密度以及增加气孔率。加入的水过多，会使无定形氧化铝反应速度过快，快速溶胶化，形成的溶胶单元颗粒较小，降低氧化铝气凝胶产品的比表面积和气孔尺寸，并且降低密度和气孔率。加入的水过少，会使产生的铝溶胶硬度增大，溶胶单元颗粒较小，且铝溶胶体积较小，导致氧化铝气凝胶产品气孔尺寸较小，密度较高。

优选地，无定形氧化铝与水发生溶胶化的过程在聚四氟反应釜中进行，并且置于旋转烘箱中进行加热，旋转烘箱的转数为10-30转/分，例如旋转烘箱的转数为10转/分、20转/分、 30转/分等。采用本发明范围内的旋转烘箱的转数，可以提高反应釜的受热均匀性和温度稳定性。反应容器和加热方式并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以达到无定形氧化铝溶胶化的适当温度。

在根据本发明的一个优选实施方式中，加入碱调节铝溶胶的pH值至5-8，碱是选自氨水和尿素中的一种或多种。例如，将铝溶胶的pH值调节至5、5.5、6、6.5、7、7.5、8等。优选地，碱是氨水。铝溶胶的pH值在本发明的范围内，可以促使铝溶胶更好地转化为凝胶，所产生的氢氧化铝凝胶的三维网络状结构的稳定性更高，机械强度更大。铝溶胶的pH值并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现铝溶胶的凝胶转化。采用本发明范围内的碱可以有利于铝溶胶快速转化为凝胶，进一步增强凝胶三维网络结构。采用本发明范围内的碱的种类，可以进一步降低杂质离子引入的可能性，通过焙烧可以充分去除氨类碱性物质。碱的种类并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现铝溶胶的凝胶转化。

在根据本发明的一个优选实施方式中，在40-80℃的温度下使得到的氢氧化铝凝胶陈化 12-72h。例如，氢氧化铝凝胶的陈化温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、 75℃、80℃等，陈化时间是12h、24h、36h、48h、60h、72h等。在本发明范围内的温度下陈化一段时间，可以促进氢氧化铝凝胶三维网络结构的进一步强化，降低随后焙烧过程中氢氧化铝凝胶的收缩率。陈化温度和陈化时间并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现氢氧化铝凝胶三维网络结构的增强。

在根据本发明的一个优选实施方式中，有机溶剂与氢氧化铝凝胶的重量比为1:5-1:20，有机溶剂是选自乙醇、正丁醇、环氧乙烷和正己烷中的一种或多种。例如，重量比为1:5、1:6、 1:7、1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19、1:20等。优选地，有机溶剂是乙醇。使用本发明范围内的有机溶剂与氢氧化铝凝胶重量比，可以充分使有机溶剂替代氢氧化铝凝胶中的水，从而降低氢氧化铝凝胶的表面张力，这有利于氢氧化铝凝胶干燥和焙烧过程更好地保持原有结构以及凝胶骨架的完整性，进一步降低收缩率。本发明范围内的有机溶剂的表面张力远低于水的表面张力，可以进一步降低氢氧化铝凝胶的表面张力，氢氧化铝凝胶的干燥和焙烧收缩率也会进一步降低。

在根据本发明的一个优选实施方式中，溶剂化温度为40-80℃，溶剂化时间为12-72h。例如，溶剂化温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等，溶剂化时间为12h、24h、36h、48h、60h、72h等。使用本发明范围内的溶剂化温度和时间，可以进一步促进有机溶剂的在氢氧化铝凝胶中的扩散程度，有机溶剂分子以更高的比率替换氢氧化铝凝胶中的水分子，从而进一步降低氢氧化铝凝胶的表面张力，进一步降低氢氧化铝凝胶的干燥和焙烧收缩率。溶剂化温度和溶剂化时间并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现氢氧化铝凝胶三维网络结构的增强。

在根据本发明的一个优选实施方式中，基于溶剂化氢氧化铝凝胶的总重量，表面改性剂的添加量为0.08-2.1wt％，表面改性剂是选自脂肪酸、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。优选地，脂肪酸是硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸或月桂酸，硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，铝酸酯偶联剂是 DL-411-A。表面改性剂的添加量在本发明范围内，可以更有效替换部分的有机溶剂分子，从而将足量的表面改性剂引入氢氧化铝凝胶中，提高氢氧化铝凝胶的偶联度，改善氢氧化铝凝胶的疏水性。采用本发明范围内的表面改性剂种类，能够进一步提高氢氧化铝凝胶的偶联以及疏水性。表面改性剂的种类和添加量并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现氢氧化铝凝胶的偶联以及疏水改性。

在根据本发明的一个优选实施方式中，疏水改性的温度为40-80℃，改性时间为12-72h。例如，疏水改性的温度为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃等，疏水改性的时间为12h、24h、36h、48h、60h、72h等。使用本发明范围内的疏水改性温度和时间，可以进一步促进表面改性剂的在氢氧化铝凝胶中的扩散程度，表面改性剂分子可以更快的速率替换氢氧化铝凝胶中的部分有机溶剂分子，进一步提高表面活性剂的疏水改性效率。疏水改性温度和疏水改性时间并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现表面活性剂对氢氧化铝凝胶的疏水改性。

在根据本发明的一个优选实施方式中，干燥温度为40-80℃，焙烧温度为300-500℃。干燥温度在本发明范围内，可以更好地提高氢氧化铝凝胶中的有机溶剂的蒸发速率，提高氧化铝气溶胶的纯度，更好地确保凝胶保持原有结构以及骨架的完整性，进一步降低氢氧化铝凝胶干燥过程中的收缩率。干燥温度过低，有机溶剂无法完全蒸发，干燥温度过高，有机溶剂分解产生杂质，凝胶骨架的结构会被破坏，完整性降低且收缩率增大，劣化氧化铝气凝胶产品的孔隙尺寸以及比表面积。焙烧温度在本发明范围内，可以提高氢氧化铝凝胶向氧化铝气凝胶的转化率，提高氧化铝气溶胶的收率，降低副产物和杂质的含量。焙烧温度过低会导致焙烧不充分，氢氧化铝凝胶无法充分转化为氧化铝气凝胶。焙烧温度过高会导致氢氧化铝凝胶中的表面改性剂分解，从而降低氧化铝气凝胶的疏水性，副产物和杂质含量增加。干燥温度和焙烧温度并不限于以上特定的范围，本领域技术人员可以根据需要对其进行调整，以实现铝溶胶的凝胶转化。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例

本实施例的测试方法如下：

多孔材料的N₂脱吸附等温线及比表面积分析(BET)

采用美国Micromeritics公司ASAP2010型全自动比表面积与孔隙分析仪进行测定。样品的N₂吸附脱附等温线是在液氮的温度下测量而得；而后由等温线中P/P0为0.05～0.35区间的数据按照BET方程计算得到比表面积；结合BJH方法与N₂脱吸附等温线计算孔径分布；孔容按P/P0≦0.95时的N₂吸附量计算得出。测定的样品需经120℃，烘干12h。

实施例1

a、热解过程：将50g结晶氯化铝(AlCl₃·6H₂O)放到刚玉坩埚中，在300℃的温度下对结晶氯化铝进行焙烧2h得到约10g无定形氧化铝。

b、溶胶化过程：将步骤a得到的无定形氧化铝与50g水混合并加入聚四氟反应釜中，在 140℃的旋转烘箱(转数为10转/分)中加热3h至反应结束，得到铝溶胶。

c、凝胶化过程：向步骤b中得到的铝溶胶中滴加氨水(浓度为15wt％)调节铝溶胶的pH 值至6，使其转变成氢氧化铝凝胶，使氢氧化铝凝胶在65℃的温度下陈化24h。

d、改性过程：在80℃的温度下，向步骤c中得到的氢氧化铝凝胶中300g乙醇(浓度为 95％)进行溶剂化反应，反应时间为24h。随后向得到的溶剂化的氢氧化铝凝胶中加入3g表面改性剂硬脂酸进行改性，改性温度为60℃，改性时间为24h，从而得到疏水氢氧化铝凝胶。

e、将步骤d中得到的疏水氢氧化铝凝胶在60℃的烘箱中进行干燥2h，然后将干燥的氢氧化铝凝胶马弗炉中在450℃的温度下焙烧3h，从而制得氧化铝气凝胶。

通过BET测定，测得氧化铝气凝胶的孔径为9.8nm，比表面积为986cm²/g。

实施例2：

a、热解过程：将20g结晶氯化铝(AlCl₃·6H₂O)放到刚玉坩埚中，在270℃的温度下对结晶氯化铝进行焙烧3h得到约4g无定形氧化铝。

b、溶胶化过程：将步骤a得到的无定形氧化铝与40g水混合并加入聚四氟反应釜中，在 160℃的旋转烘箱(转数为10转/分)中加热3h至反应结束，得到铝溶胶。

c、凝胶化过程：向步骤b中得到的铝溶胶中滴加氨水(浓度为15wt％)调节铝溶胶的pH 值至7，使其转变成氢氧化铝凝胶，使氢氧化铝凝胶在60℃的温度下陈化36h。

d、改性过程：在60℃的温度下，向步骤c中得到的氢氧化铝凝胶中100g乙醇(浓度为 95％)进行溶剂化反应，反应时间为36h。随后向得到的溶剂化的氢氧化铝凝胶中加入0.8g表面改性剂硬脂酸进行改性，改性温度为60℃，改性时间为36h，从而得到疏水氢氧化铝凝胶。

e、将步骤d中得到的疏水氢氧化铝凝胶在60℃的烘箱中进行干燥24h，然后将干燥的氢氧化铝凝胶在马弗炉中在400℃的温度下焙烧2h，从而制得氧化铝气凝胶。

通过BET测定，测得氧化铝气凝胶的孔径为8.79nm，比表面积为854cm²/g。

实施例3：

a、热解过程：将50g结晶氯化铝(AlCl₃·6H₂O)放到刚玉坩埚中，在250℃的温度下对结晶氯化铝进行焙烧3h得到约10g无定形氧化铝。

b、溶胶化过程：将步骤a得到的无定形氧化铝与60g水混合并加入聚四氟反应釜中，在 180℃的旋转烘箱(转数为20转/分)中加热4h至反应结束，得到铝溶胶。

c、凝胶化过程：向步骤b中得到的铝溶胶中滴加氨水(浓度为15％)调节铝溶胶的pH 值至8，使其转变成氢氧化铝凝胶，使氢氧化铝凝胶在80℃的温度下陈化48h。

d、改性过程：在60℃的温度下，向步骤c中得到的氢氧化铝凝胶中400g乙醇(浓度为 95％)进行溶剂化反应，反应时间为48h。随后向得到的溶剂化的氢氧化铝凝胶中加入2.5g表面改性剂硬脂酸进行改性，改性温度为60℃，改性时间为48h，从而得到疏水氢氧化铝凝胶。

e、将步骤d中得到的疏水氢氧化铝凝胶在60℃的烘箱中进行干燥24h，然后将干燥的氢氧化铝凝胶在马弗炉中在400℃的温度下焙烧3h，从而制得氧化铝气凝胶。

通过BET测定，测得氧化铝气凝胶的孔径为10.64nm，比表面积为914cm²/g。

比较例1

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于结晶氯化铝的焙烧温度为400℃。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为4.3nm，比表面积为472cm²/g。

比较例2

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于结晶氯化铝的焙烧温度为200℃。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为5.12nm，比表面积为534cm²/g。

比较例3

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于溶胶化过程中的水添加量为 200g。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为6.31nm，比表面积为411cm²/g。

比较例4

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于不进行溶剂化过程和表面改性剂的疏水改性过程，即在得到氢氧化铝凝胶后直接进行干燥和焙烧制备氧化铝气凝胶。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为1.2nm，比表面积为198cm²/g。

比较例5

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于向氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂甲醇，添加量为200g。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为3.17nm，比表面积为365cm²/g。

比较例6

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于溶胶化过程的反应温度为100℃。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为3.43nm，比表面积为413cm²/g。

比较例7

氧化铝气凝胶的制备工艺与实施例1相同，不同之处在于溶胶化过程的反应温度为230℃。作为结果，测得氧化铝气凝胶的孔径为1.1nm，比表面积为202cm²/g。

本技术方案中，由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法包括结晶氯化铝脱水热解制备无定形氧化铝、无定形氧化铝制备铝溶胶、氢氧化铝凝胶制备、氢氧化铝凝胶改性、氢氧化铝凝胶干燥和焙烧制备氧化铝气凝胶。由该方法制备的气凝胶的比表面积大于850cm²/g，远高于现有技术中由无机铝源合成的气凝胶的比表面积(约400cm²/g)。由此可见，本发明的方法制备的氧化铝气凝胶的比表面积高、密度低且孔径大。

虽然本发明的优选实施例具体地示出和描述了本申请，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行前述和其它改变。因此，对符合本申请发明原理的改变，应视为本发明的保护范围。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种由结晶氯化铝制备氧化铝气凝胶的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1步骤：热解步骤：在250-310℃的温度下，将所述结晶氯化铝进行焙烧，得到无定形氧化铝；

S2步骤：溶胶化步骤：在120-210℃的温度下，向所述无定形氧化铝中加入水，得到铝溶胶；

S3步骤：凝胶化步骤：向所述铝溶胶中加入碱，得到氢氧化铝凝胶；

S4步骤：改性步骤：向所述氢氧化铝凝胶中加入有机溶剂进行溶剂化，得到溶剂化氢氧化铝凝胶，然后向所述溶剂化氢氧化铝凝胶中加入表面改性剂进行疏水改性，得到疏水氢氧化铝凝胶；以及

S5步骤：干燥并焙烧所述疏水氢氧化铝凝胶，得到氧化铝气凝胶。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括S0步骤：使粉煤灰与盐酸进行酸浸反应，过滤并且蒸发结晶，得到所述结晶氯化铝。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S2步骤中，所述无定形氧化铝与水的重量比为1:1-1:10，所述溶胶化步骤进行1-4h。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S3步骤中，加入所述碱调节所述铝溶胶的pH值至5-8，所述碱是选自氨水和尿素中的一种或多种。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S3步骤中，在40-80℃的温度下使得到的所述氢氧化铝凝胶陈化12-72h。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中，所述有机溶剂与所述氢氧化铝凝胶的重量比为1:5-1:20，所述有机溶剂是选自乙醇、正丁醇、环氧乙烷和正己烷中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中，溶剂化温度为40-80℃，溶剂化时间为12-72h。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中，基于所述溶剂化氢氧化铝凝胶的总重量，所述表面改性剂的添加量为0.08-2.1wt％，所述表面改性剂是选自脂肪酸、硅烷偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸是硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸或月桂酸，所述硅烷偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所述铝酸酯偶联剂是DL-411-A。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S4步骤中，所述疏水改性的温度为40-80℃，改性时间为12-72h。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述S5步骤中，干燥温度为40-80℃，焙烧温度为300-500℃。