TW200831413A - Method of synthesizing nano-grade lamellar gibbsite powder - Google Patents

Description

200831413 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明為有關於一種三水鋁石的製造方法，且特別是有關 於一種奈米級片狀三水铭石粉末（gibbsite powder)合成方法。 【先前技術】 三水鋁石（Gibbsite ; A1(0H)3或Α12〇3·3Η20)原為工業上 用以生產氧化鋁（Alumina ; Al2〇3)產品的重要原料之一。傳 統上，三水鋁石係以鋁樊土（Bauxite)為原料，利用拜耳法(Karl

Josef Bayer，1888)生產氧化鋁之第一道產物，鋁樊土經粉碎後 在氫氧化鈉溶液中以150-250°C加熱將鋁溶解，去除不溶之雜 質後(將氧化鐵、石英、氧化鈦等稱做紅泥(Redmu由的殘渣過 ，移除）’再降溫及攪拌使三水鋁石晶粒析出，以此法所得之 二水鋁石粉末多為塊狀，且會有凝聚現象，粉末之平均粒徑 數μηι至百μηι。 目刖商業上使用之三水鋁石多為幾十微米至次微米規柊 之粉末，其形狀多屬粒狀。但近年來，為提升三水㉝石之應用。 層面及效果，開始有片狀外型及奈米級粉末粒徑 ^曰 粒製程研究。年wi議ga等人姻 枓’在鹽酸溶财攪拌溶解，賴摘以熱水 利 用半透膜管進行-段時間透析而析出得到奈米級片^三^ 。平均片面160nm、厚度13nm)。w__進—步將= j侍之二水鋁石以離心方式取得粒徑較均一之粒子作’曰 ϋ入躲轉之_織錄巾__熱錢理，= ^取晶種與熱水溶液長晶，以相同步驟重複4次後，可 、厚度47nm之奈米級片狀三水扣晶體， 雖在曰曰體規格上有所提升，但整體餘職一個月。 5 200831413 别述方法雖可獲得片狀三水鋁石，但因製程複雜、合成所 需時間長，所使用之原料昂貴之缺失，因此尚無商業化操作運 用。如何發展簡易且能實用降低生產製造成本之三水鋁石製造 方法，實屬重要。 【發明内容】 本發明係提供一種奈米級片狀三水鋁石粉末之合成方 法，以提供一種低成本的簡單製程及配方，來生產粒體完整 的奈米級片狀三水鋁石粉末，可被應用在化妝品產業、化工 材料、電子材料業、石化工業或造紙業。 、本發明亦提供一種低成本且製程簡單之三水鋁石合成方 ，，利用此法所產生的三水鋁石除了具有奈米規格之粉末粒 徑、完整片狀之外觀，更具有粒體單離之優點，使得本發明 所δ成之二水紹石粉末具備更高階應用潛力， 尺寸而更容易被廣泛利用。 根據上述，本發明之一種奈米級片狀三水鋁石__ 成方法，係至少包括將氧聽(A1A)過度相粉末於 ，洛液中溶解，於熱水系統中，將達到成核濃度的雜 析出’生成奈米級片狀三水鋁石粉末。 相^較佳實施例’過渡相氧她如為Θ ii〇 i (γ·Αΐ2〇3)'δ^^§ (δ-

Al2〇3 )或 χ 相軋化鋁（χ-Α12〇3 )。 如為發明之較佳實施例’水溶液環境之酸驗值範圍例 添加;S核明讀佳實關，難水溶_狄方法例如 200831413 雛實施例，水熱反應之溫度㈣例如為 恆溫控制在90-150。(： 本發明之妓合成麟之三摊^為 並具有晶面完整之-片狀外型。片狀以ί ，侧用過渡相氧化赌末為原料 需之時程，具錄義單，並可降低生產所需之成本之H所 由於製程簡單’並且使得其粉末越趨變小，並且 備有片狀外型’提升了在複合材料上^ 增加商業上的使用效益。 曰軌政果而 咬，Ϊίίΐΐ項技藝人士瞭解本發明之目的、特徵及功 ^ j由下述具體實補’並配合所附之圖式，對本發明 砰加呑兄明，說明如後。 月 【實施方式】 ,U ΓΙ將參助關示，說明依本發佳實施例之夺来 ΐ$ΐ二ίϊί粉末合成方法。說明中提及之符號係參照圖 = ’相同的元件將以相同的參照符號加以 =縣提供—種奈米級片狀三水如(gibbsite)粉末的 δ成方法，係將氧化鋁(Ay)3)過度相粉末於水溶液中溶解， 水if中’將達到成核濃度的鋁離子析出，生成奈米 級片狀二水鋁石粉末。 "本發明提供—種奈綠片狀三水銘石粉末的合成方法， 渡相粉末溶解為水溶液環境，更可_使用硝酸 二、馱鹼值例如在ρΗ4_6，作為反應之原料，將此原料置 於水,、、、糸統中，例如水齡統壓力対，進行反應。而熱水 200831413 溫控制於9_c，利用過渡相氧化 相氧 出1水紹石。、〜液中易溶出_子，再進人熱水系統中析 布圖第之—1佳倾财所朗之補粒度分 :弈=;1 ί χ氧化鋁作為原料’此以目氧化鋁 了先、、工珠磨_他化處爾，减分佈由10·麵nm，1中 粒 +徑之粉末所佔體積百分比之含量為最高。為i單 ，楚的敘述’以下為本發明顧χ相氧化轉為原料之1 實施例的具體實施方法： 實施例一 本發明之實施例一係利用60nm之^相氧化鋁為原料，調 整反應水溶液之固體含量為15wt%，酸鹼值約為pH4進行熱 水反應生產三水鋁石之漿料。 … 其具體實施方法係將細化處理後之％相氧化紹粉漿料， 混於去離子水中形成固-水漿料(SUSpensi〇n)系統，其固體含量 為10wt%，並利用硝酸調整酸鹼值為pH4，置於熱水壓力爸 中進行反應。反應之溫度調整為l〇(TC，反應時間14天。 待反應結束系統冷卻後，將結晶粉末與水分離，利用X 射線繞射儀(X_Ray diffraction, XRD)進行結晶相分析分析，以 動態光散射式雷射微粒粒徑分析儀量測結晶粉末之粒徑分 佈，並利用掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope， SEM)及穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope， 8 200831413 TEM)進行觀察結晶粉末之立體相，知可得晶面完三水 鋁石。 第二圖為本發明之實施例—生產之三水銘石粉末 XRD鑑 疋圖譜，此繞射儀操作條件為·· Cu料私，λ=1·54〇598Α)， t〇kyr5mA，掃瞒速率為每分鐘4度(。），掃目苗角度為2θ。， 二r田，圍、1。:_8。。。*第二圖巾可看出糊本發明方法生產所 付之產物為二水鋁石與χ相氧化鋁之複合粉末。 一利用三水鋁石在約3〇〇°c的脫水反應，作為其生成量之定 ，依據。由合成粉末在DTA分析中之3〇(rc姑的脫水吸熱 峰’及其所對應的TG失重百分比，g己合化學反應式來推算樣 品中Gibbsite的含量。 2Al(OH)3

〜300oC ^Al203+3H20...................公式(1) 55.5wt% 〇 純相的gibbsite理論上會有34.62 wt%的濕重，樣品的二 水鋁石含量可由開始發生脫水吸熱峰之後的對應失重百分: 計算而得，利用公式(1)進行計算，可知其中三水鋁石含量為 公式(2) 弟二圖為本發明之實施例一生產之三水銘石粉末粒度分 布圖，其中由於原料X -Al2〇3粒子為眾數在60 nm左右的=二 子，而所合成三水鋁石的眾數在380 nm左右，粒度分布介於 30-1000nm，以300-600nm粒度之晶體所佔重量百分比 高。 第四A圖及第四B圖為本發明之實施例一生產之三 石粉末掃描式電子顯微鏡照片，由圖中可看出所生產二= 紹石粉末具有片狀之外型。 200831413 ^五A圖及第五b圖為本發明之實施 =3式Ϊ子顯微鏡照片。經由本發明方法戶 g石4，為結晶性良好之單離粒體，外觀多呈六邊形或 實施例二 冰液二係细X相氧錄為原料，調整反應水 酸驗值約為_.5進行熱水反應 ，理ίίΐΐΪ方法係將λ相氧化鋁做經由珠磨及離心細化 ίίί^ ί/，混於去離子水中形成固水漿料系統，其固 二iiif 1 酸驗值約為_.5，置於熱水壓力爸 中進订反應，反應之溫度調整為10(rc，反應時間14天。 待反應結束系統冷卻後，亦將結晶 ^ ^ 末之粒徑分佈、掃瞒式雷㈣餅B ^ ^H s曰私 各項結晶粉轉ί之奴電子·鏡進行 ί六圖為本發明之實施例二生產之三水銘石粉末XRD梦 定圖譜’繞射儀操作條件為：Cu靶( 了 =·:::，每分鐘4。，掃猫角度為：丄 盡物在：Μ 圖巾可看出期本發财法生產所得之 產物為二水!g石與χ她她之複合粉末，經由 三水鋁石之含量約為70wt%。 飞u冲开 第七A圖及第七B圖為本發明之實施例二生產之三 石粉末掃描式電子顯微鏡照片圖，第七 ^本 發明的方法触產之三水銘石粉末具有片狀;f多= 形，片面直徑多介於300_600nm，厚度約為5〇nm。第七b 中顯示，本發_方法可合成得晶面完整的三接石。圖 200831413 s g 利用本發明進行三水鋁石生產可使用之原料、各項反應條件及產量，其巾產量之計算方式如前述公式⑺所示。 -~~—_^表一 原料 固體含量(％)酸驗值 Θ相氧化銘 15 γ相氧化銘 1〇 γ相氧化铭 30 δ相氧化铭 20 δ相氧化銘 30 χ相氧化鋁 50 反應溫度 (°C) 4.5 5.0 5.5 4.5 5.5 5.0 反應時間 (Day) 80 105 105 100 145 120 30 14 14 25 25 14 產量 見 55 45 46 55 58 45 石曰ί相氧化鋁為原料所生產之三水鋁 =水銘石晶體外型呈現片狀，具有多角形之晶形，^ w於110-60〇nm ’厚度5〇nm ’且晶體具有單離之特性。上 第九圖為本發明细γ相氧化料 石晶體的穿透式電子顯微鏡照片，其中 之片狀，晶形完整，呈現六角形或多— 110_600nm，厚度5〇nm。 平句粒徑為 第十圖為本發明_ δ相氧化銘為原 石，體的穿透式電子顯微鏡照片，其中，7水紹 之單離晶體，平均祕為ll〇__nm，厚度5Gnm。硯為片狀 綜上所述，本發明之方法所使用 =如θ相、γ相、δ相或x相氧 〜丨 用叩貝的織氧化物成本低，且易取得。、+成本上比使 本發明之方法製程步驟簡單，利 於购就溫度進行溶解與析出反應， 11 200831413 轉縣成晶體味，合成所 肩料in之方法的應雜高，本糾之未完全溶解而殘留 相對發生問驗少。 且射域系連用 商辈之方^所製得的二水銘石粉末相較於目前市面上 ί iiii ’具有尺指減、μ狀外型以及粒體單離 縣尺社較目前商業 a :ΐ?料上具有廣泛應用範疇。另外，粒體 應ΐ技撕難及’因此具備更高階顧潛力，可做 發明之精神$範^^為^制性者。任何未脫離本 含於後附之申料鄕圍中、進仃之纽修改更，均應包 200831413 【圖式簡單說明】 第一圖為本發明之一較佳實施例中所使用之原料粒度分 j 第二圖為本發明之實施例一生產之三水鋁石粉末XR〇 定圖譜； 1 第三圖為本發明之實施例一生產之三水鋁石粉末粒度分 布圖 布圖； 第四A圖為本發明之實施例一生產之三水鋁石 式電子顯微鏡照片； 式電發明之實施例—生產之三水扣粉末掃描 第五A圖為本發明之實施例一生產之三水鋁石 式電子顯微鏡照片； 第五B圖為本發明之實施例一生產之三水鋁石粉 式電子顯微鏡照片； 牙透 定圖t圖為本發明之實施例二生產之三水銘石粉末XRD鏗 替ίϋ1為本發明之實補二生產之三雜石粉末掃描 式電子顯微鏡照片圖； Μ细 第七Β圖為本發明之實施例二生產之三水銘石粉 式電子顯微鏡照片圖； 禾和^田 $發明利用θ相氧化銘為原料所生產之三水銘 石日日體的牙透式電子顯微鏡照片； 名曰ίif ϊί發明利用γ相氧化銘為原料所生產之三水紹 日日體的牙透式電子顯微鏡照片；及 石曰明利用δ相氧化料原料所生產之三水銘 石曰曰體的牙透式電子顯微鏡照片。 銘 【主要元件符號說明】 13

Claims (1)

1. 200831413 申請專利範圍： •一種奈米級片狀三水鋁石粉末合成方法，至少包括將_ ^ 化鋁過渡相粉末，在一水溶液環境中進行溶解，利用一2 水^統（hydrothermal system)將達到成核濃度的鋁^ 2· (A1 )析出，成長產生一奈米級片狀三水鋁 (gibbsite ) 〇 =請專利範圍第2項所述之方法，其中該氧她過渡相 f末，括為Θ相氧化鋁(θ_雖)、γ相氧化鋁(γ_八12〇工 δ相氧化銘（δ- Al2〇3 )或χ相氧化銘（χ·Αΐ2〇3 )。 =申請專繼圍第2項所述之方法，其中該熱水系統 度控制於90_150°c。 4·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該水溶液環境之 酸驗值為pH4_6。 t申1專利範圍第4項所述之方法，其巾調整該水溶液環 i兄之驗值包括使用硝酸。 6·=巾4專她圍第2項所述之方法，其巾該奈米級片狀三 水鋁石粉末具有晶面完整之一片狀外型。 7·如申凊專利範圍第6項所述之方法，其中該片狀外型直徑 300-600nm，厚度 2〇-60nm。 8·如申清專利範圍第2項所述之方法，其中該奈米級片狀三 水鋁石粉末之粒體為單離。 9·如申明專利範圍第1項所述之方法，其中利用該熱水系統 包括使用一熱水系統壓力爸。 14