專利名稱：一種氧化鋁納米粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁納米粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
納米氧化鋁粉體是一種粒徑尺寸在1nm～100nm范圍內(nèi)的微粒。氧化鋁具有高硬度、高強度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，納米氧化鋁具有更為優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，因而在精細(xì)陶瓷、復(fù)合材料、電子工業(yè)、冶金化工等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[119]。隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，對材料的要求越來越高，如粒度超細(xì)化、顆粒均勻化、組份高純化、制備過程低溫環(huán)?；鹊?。納米材料以其表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及體積效應(yīng)等特性，使材料領(lǐng)域進入一個嶄新的發(fā)展階段。制備納米氧化鋁粉體的方法很多，如蒸發(fā)冷凝法、化學(xué)沉淀法、水熱合成法、熱解法、固相反應(yīng)法、超聲霧化法、超重力碳分法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法等，其中溶膠-凝膠法多利用鋁的有機醇鹽作為原料，在一定條件下加入少量分散劑，使其水解、凝膠化，再經(jīng)真空干燥，控制熱解溫度，最終制得納米氧化鋁粉體，該方法雖然能夠制得納米粉體，但原料價格高且工藝流程長，排膠過程中存在環(huán)境污染；而蒸發(fā)冷凝法、化學(xué)氣相沉積法和水熱合成等方法常存在工藝因素復(fù)雜，操作難度大和設(shè)備昂貴及不易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)等問題；化學(xué)沉淀法，常采用銨鹽作為沉淀劑，然后經(jīng)熱處理得到納米粉體，原材料成本較低，所需設(shè)備簡單，制備過程工藝參數(shù)易于控制，但存在產(chǎn)物粒度分布寬等缺點。
超聲化學(xué)是近年來材料有機化學(xué)合成和新材料制備領(lǐng)域的一個新的分支學(xué)科。其主要是利用超聲波通過液體介質(zhì)向四周傳播，當(dāng)其能量足夠大時液體介質(zhì)中會產(chǎn)生超生空化現(xiàn)象，并產(chǎn)生速度約為110m·s-1的具有強烈沖擊力的微射流，同時液體處于高頻振蕩狀態(tài)。超聲空化效應(yīng)能夠增加非均相反應(yīng)的表面積，更新反應(yīng)界面，改善界面間的傳質(zhì)速率并促進新相的生成，因此將超聲波與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合形成了高能化學(xué)的一個新方向，并且在新材料制備技術(shù)中的應(yīng)用日益廣泛。
中國專利CN03147969.3中公開了一種溶膠-凝膠法制備超細(xì)氧化鋁粉體的方法。主要利用氯化鋁經(jīng)不完全熱解、溶解、精密過濾、溶膠、凝膠、干燥、煅燒轉(zhuǎn)相超細(xì)粉碎制得各種晶型氧化鋁。所得粉體比表面積較大、活性高。主要在工藝過程中主要采用堿液快速噴入鋁溶膠中，并對凝膠進行噴霧干燥或冷凝干燥，再進行煅燒得到氧化鋁，整個工藝工序復(fù)雜、過程周期長。
中國專利CN200410102804.9中公開了一種用于催化劑載體涂層材料的高純超細(xì)活性氧化鋁制備方法，主要以工業(yè)氫氧化鋁為原料，用硫酸溶解形成硫酸鋁，然后加入含有模板導(dǎo)向劑水合含碳氧化鋁前驅(qū)體的碳酸氫銨作為中和劑，通過控制合成溫度和pH值，得到中間體水合含碳氧化鋁，再添加復(fù)合熱穩(wěn)定劑La、Ce、Mg鹽，高溫煅燒得到超細(xì)高活性氧化鋁，晶粒大小為0.1μm～0.2μm，所得粉體晶粒較大，而且從另一個角度可以認(rèn)為引入的復(fù)合熱穩(wěn)定劑將作為雜質(zhì)存在于最終產(chǎn)品中。
中國專利CN200410013256.2中公開了一種制備無硬團聚的納米氧化鋁的制備方法，主要采用反應(yīng)物與添加劑的濃度控制納米氧化鋁粉體的粒度局部分布，并將干燥所得粉體加入正丁醇與水的溶液中，超聲分散后采用共沸蒸餾法脫除正丁醇與水分以消除納米粒子的硬團聚現(xiàn)象，經(jīng)煅燒得到納米氧化鋁粉體。該方法雖然在一定程度上可以減少硬團聚改善粉體的分散性，但由于在干燥環(huán)節(jié)完成后加入正丁醇，這時合成化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)基本完成，再進行超聲分散和共沸蒸餾只能在局部發(fā)揮作用，因此不能從根本上解決硬團聚問題，存在一定的局限性。
美國專利US2005238571中公開了一種生產(chǎn)氧化鋁的方法，主要采用三水合鋁為原料，經(jīng)過不同煅燒制度，排除結(jié)構(gòu)水生產(chǎn)煅燒氧化鋁。日本專利JP2001019425中公開了一種制備球形氧化鋁的方法，采用氫氧化鋁為原料，制成濃度為20mass％的水性漿料，在773K條件下火焰噴霧分解生成氧化鋁粉體，該方法所得氧化鋁粉體球形度好，但粒度通常在幾個微米，難以制得納米級氧化鋁粉體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種氧化鋁納米粉體的制備方法，通過在初始反應(yīng)物中引入有機分散劑，進行超聲化學(xué)反應(yīng)制備出分散性較好、活性高的氧化鋁納米粉體；該方法工藝簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明是在初始反應(yīng)液包括含鋁分散反應(yīng)液和堿性分散反應(yīng)液中分別加入有機分散劑，在反應(yīng)過程中包覆在生成的納米粒子的表面阻止納米粒子的進一步長大和團聚；同時利用超聲化學(xué)反應(yīng)合成，一方面一定強度的超聲波能夠提供反應(yīng)過程中所需要的能量，另一方面超聲波引起的反應(yīng)粒子無序運動可以使得反應(yīng)體系更加均勻，從而可以制備出粒度均勻細(xì)小的高活性納米粉體。同時可以根據(jù)實際需要，采用不同的熱處理溫度進行鍛燒，就可以得到粒度大小和分布不同的納米級氧化鋁粉體。
本發(fā)明提出制備氧化鋁納米粉體的方法包括以下工藝步驟(1)將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以1～10∶1～10∶1～10的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.001mol/L～1mol/L的分散液；(2)將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為0.1mol/L～10.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；(3)按照體積比1∶10～50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；(4)將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以0.1～3.0∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為0.1～6.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；(5)按照體積比1∶10～50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；
(6)將按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3～6的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在7～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K～373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘～180分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；(7)然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；(8)將該前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K～383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；(9)將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K～923K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體；(10)用XRF-1700型X射線熒光光譜儀分析材料的化學(xué)成分；(11)用荷蘭帕納科公司X‘Pert Pro MPD型多功能X射線衍射儀(CuKα線)進行材料物相組成和晶粒大小分析；(12)用日本H-800型透射電子顯微鏡觀察粉體的微觀形貌和粒度大小。
上述硝酸鋁可為硫酸鋁或氯化鋁代替；有機分散劑可為松油醇、檸檬酸銨、土溫80等中的一種或多種；堿液中的氨水可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫銨中的一種或多種。
對于本發(fā)明所得氧化鋁粉體，用透射電鏡觀察不同溫度處理后的樣品，發(fā)現(xiàn)經(jīng)干燥后的粉體的電子衍射環(huán)的出現(xiàn)，表明氧化鋁晶核在超聲化學(xué)反應(yīng)后就已經(jīng)形成，隨熱處理溫度升高，晶核逐漸長大變得完整，且所有粉體粒度均勻，形態(tài)近球形。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比突出特點在于(1)在初始反應(yīng)原料中引入有機分散劑，同時采用超聲化學(xué)法合成，分散伴隨著整個反應(yīng)過程，反應(yīng)體系均勻，反應(yīng)過程易于控制；反應(yīng)條件為堿性環(huán)境(pH＝7～10)，不需嚴(yán)格控制；
(2)粉體合成溫度低，經(jīng)過超聲化學(xué)反應(yīng)晶核就已經(jīng)形成；可通過控制熱處理溫度和時間，調(diào)整粉體的粒度大小和分布；(3)本發(fā)明方法具有工藝簡單、生產(chǎn)周期短、成本低和易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。
由于有機添加劑的引入，在反應(yīng)初期，有機物就可以在反應(yīng)產(chǎn)物的表面形成有機物保護膜，阻礙了反應(yīng)產(chǎn)物的聚集，因此有機物在反應(yīng)產(chǎn)物表面的吸附伴隨制備過程的始終，從而在干燥和熱處理過程中阻礙納米粉體的團聚，最終獲得分散性好的高質(zhì)量氧化鋁納米粉體。由于采用超聲化學(xué)合成同時有機添加劑的存在，使得反應(yīng)處于一種相對較為均一的狀態(tài)，因此所得粉體粒度均勻，顆粒呈近球形。
根據(jù)本發(fā)明所提出的方法，在有機分散劑和超聲化學(xué)共同作用條件下可以獲得純度高分散性好的氧化鋁納米粉體；工藝參數(shù)可調(diào)范圍寬；生產(chǎn)周期短；環(huán)境污染小利于環(huán)保；所得粉體純度高、粒度小、粒度均勻、便于工業(yè)化放大生產(chǎn)。
具體實施例方式
下面以具體實施例進一步說明本發(fā)明。以下實施例中所用原料純度均為化學(xué)純或分析純以上。
實施例1首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以1∶1∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為1mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶10的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以0.1∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為1mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶10的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在7～8之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在353K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)100分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；粉體物相為γ-Al2O3；平均粒度約7nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例2首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.001mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為0.1mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素(NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以3∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為0.1mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶6的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約6.7nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例3首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶10∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為1mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為10.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以0.1∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為6.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在8～9之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在923K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約26nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例4首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為5.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以2.5∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為5.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶5的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在8～9之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)120分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在363K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在823K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對所的粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約5.3nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致，并呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例5首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以5∶2∶5的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.05mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為1.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶30的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以3.0∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為3.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶10的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在363K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對所的粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約4.7nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致，并呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例6首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶10的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.001mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為5mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶30的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以1.5∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為5.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶20的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶4的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在353K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)90分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在823K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約17nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例7首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以7∶3∶5的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.5mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為3mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶10的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以3∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為3mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)180分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點；粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約4.2nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致。
實施例8首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以8∶2∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為10.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以3∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為6.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶6的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點；粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約9.7nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致。
實施例9首先將檸檬酸銨(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶5的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將氯化鋁(AlCl3)溶于去離子水中制成制備成濃度為3mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素(NH2)2CO)和氫氧化鈉(NaOH)以0.1∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為3.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶6的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在873K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點；粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約7.1nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致。
實施例10首先將檸檬酸銨(C.R.)、聚丙烯酸銨(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以10∶1∶5的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將氯化鋁(AlCl3)溶于去離子水中制成制備成濃度為3mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶30的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氫氧化鈉(NaOH)以3∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為3.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶30的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶5的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)120分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在873K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點；粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約8.5nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致。
實施例11首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、吐溫80(C.R.)和聚乙烯醇(C.R.)以10∶1∶10的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.01mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al2(SO4)3)溶于去離子水中制成制備成濃度為5mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶30的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和碳酸氫銨(NH4HCO3)以1.5∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為6.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶20的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶4的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在9～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在353K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)90分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在923K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；物相為γ-Al2O3；平均粒度約15nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
實施例12首先將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和松油醇(C.R.)以1∶1∶1的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.1mol/L的分散液；然后將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為1mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；按照體積比1∶10的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；再將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以0.1∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為1mol/L的堿性反應(yīng)溶液；然后按照體積比1∶50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在7～8之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在353K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)100分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；將前驅(qū)體放入干燥箱中，在383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。對干凝膠和粉體進行X射線熒光光譜分析、X射線衍射分析和透射電鏡觀察，結(jié)果表明，粉體純度高，雜質(zhì)未檢出；粉體物相為γ-Al2O3；平均粒度約6.7nm；粉體的微觀形貌為近球形，粒度均勻，粒度大小與X射線衍射分析結(jié)果一致；干凝膠呈現(xiàn)出電子衍射環(huán)，這表明氧化鋁晶核已經(jīng)形成，因此該方法具有合成溫度低的特點。
權(quán)利要求
1.一種氧化鋁納米粉體的制備方法，其特征在于該方法工藝步驟如下(1)將聚丙烯酸胺(C.R.)、聚乙烯醇(C.R.)和聚乙二醇(C.R.)以1～10∶1～10∶1～10的摩爾比溶于去離子水中，制成濃度為0.001mol/L～1mol/L的分散液；(2)將硝酸鋁(Al(NO3)3·6H2O)溶于去離子水中制成制備成濃度為0.1mol/L～10.0mol/L的含鋁反應(yīng)溶液；(3)按照體積比1∶10～50的比例將分散液加入含鋁反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的含鋁分散混合溶液；(4)將尿素((NH2)2CO)和氨水(NH3·H2O)以0.1～3.0∶10的摩爾比溶于去離子水稀釋，制成摩爾濃度為0.1～6.0mol/L的堿性反應(yīng)溶液；(5)按照體積比1∶10～50的比例將分散液加入堿性反應(yīng)溶液中，強力攪拌形成均勻的堿性分散混合溶液；(6)將按照[Al3+]離子與[OH-]離子的摩爾比為1∶3～6的比例，將含鋁分散混合溶液緩慢加入堿性分散溶液中，置于反應(yīng)器中，同時加入氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液pH值在7～10之間，并將該反應(yīng)容器放在超聲波發(fā)生器上，在313K～373K的溫度范圍內(nèi)，進行超聲化學(xué)反應(yīng)30分鐘～180分鐘，得到半透明的漿狀懸浮體；(7)然后將漿狀懸浮體加入去離子水中，繼續(xù)超聲分散10分鐘，重復(fù)3次，之后再加入無水乙醇超聲清洗3次，得到納米氧化鋁粉體的前驅(qū)體；(8)將該前驅(qū)體放入干燥箱中，在333K～383K的溫度條件下烘干，再經(jīng)研磨、過篩后，得到干凝膠；(9)將干凝膠放入硅碳棒高溫爐中在773K～923K條件下熱處理3小時，即得到目標(biāo)納米氧化鋁粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁納米粉體的制備方法，其特征在于硝酸鋁可為硫酸鋁或氯化鋁代替；有機添加劑可為松油醇、檸檬酸銨、土溫80等中的一種或多種；堿液中的氨水可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸氫銨中的一種或多種。
全文摘要
一種氧化鋁納米粉體的制備方法，首先將有機分散劑溶液，加入反應(yīng)初始溶液中分別制成含有分散劑的均勻含鋁分散反應(yīng)溶液和堿性分散反應(yīng)溶液；再將含鋁分散反應(yīng)溶液加入堿性分散反應(yīng)溶液中，進行超聲化學(xué)反應(yīng)，得到漿狀懸浮體；然后將漿狀懸浮體經(jīng)超聲洗滌、干燥、熱處理得到氧化鋁納米粉體。本發(fā)明制備工藝簡單、便于操作，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C01F7/02GK1962447SQ20051008682
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月10日
發(fā)明者譚強強, 齊智平, 童建忠 申請人:中國科學(xué)院電工研究所