專利名稱：一種制備納米氧化鋁粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米氧化鋁粉體的方法。
背景技術(shù)：
作為特種功能材料之一的納米Al2Cb粉，由于具有高強度、高硬度、抗磨損、 耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣性好、表面積大等優(yōu)異的特性，目前己在化工 催化劑、稀土三基色熒光粉、集成電路芯片、單晶材料、理化儀器、人工骨、 激光材料、航空光源器件等許多高科技尖端行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。盡管如此,
納米A1203粉末制備技術(shù)與其應(yīng)用相比仍顯得進展緩慢。特別是在其制備技術(shù)方 面還存在眾多的技術(shù)及工程難題?，F(xiàn)已取得的一些成果停留在小試階段，其粉 末制備目前主要依靠試驗方法使小試結(jié)果放大，產(chǎn)品性能不太穩(wěn)定，特別是粒 徑范圍較寬，顆粒尺寸和形狀都不均勻。
制備納米A1203粉體的方法有氣相法、固相法和液相法。氣相法制備納米 八1203粉體反應(yīng)條件易控制、產(chǎn)物易精制，只要控制反應(yīng)氣體和氣體的稀薄程度 就可得到少團聚或不團聚的納米粉末，顆粒分散性好、粒徑小、分布窄；缺點 是產(chǎn)率低，粉末的收集較難，設(shè)備操作復(fù)雜，成本太高，不適合大量生產(chǎn)。固 相法設(shè)備復(fù)雜，且具危險性。粉末收集也有難度，應(yīng)用前景不大。三種方法中 應(yīng)用最多是液相法，其中主要包括硫酸鋁銨熱分解法、Sol-Gd法和碳酸鋁銨熱 分解法。硫酸鋁銨熱分解法制備氧化鋁粉末具有原料成本低、工藝簡單等特點 而在工業(yè)上得到應(yīng)用，但其分解過程中產(chǎn)生S03氣體，造成環(huán)境污染。Sol-Gel 法需要價格昂貴的金屬醇鹽，有機溶劑的毒性，反應(yīng)控制要求很嚴，不適宜工 業(yè)化大生產(chǎn)。其他最新方法處于實驗室研究階段，難以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。碳酸鋁 銨熱分解法制備氧化鋁粉末具有原料成本低，可工業(yè)化等優(yōu)點，但前驅(qū)體碳酸 鋁銨(簡稱為AACH)的合成需要嚴格的條件，否則得不到碳酸鋁銨前驅(qū)體， 或者得到的前驅(qū)體團聚嚴重。因此AACH的制備是決定得到的氧化鋁粉體性質(zhì) 的關(guān)鍵步驟。使用鋁鹽溶液加入碳酸氫銨溶液制備AACH時，可得到不同的沉 淀產(chǎn)物
2A13+ +6(NH4)HC03 =2A10(OH) +6NH4+ +6C02+2H20 (1) A13++4(NH4)HC03 =NH4A1 (OH)2C03 +3NH4+ + 3C02 +H20 (2) 當AP+濃度(包括總濃度或者局部濃度)較高時或者(NH4)HC03低時，按 照(l)進行反應(yīng)，沉淀產(chǎn)物是Y-A10(OH)，沉淀形成時常呈凝膠狀，干燥方式后 的產(chǎn)物常為堅硬的團聚體，煅燒后得到的是堅硬的硬團聚的塊狀氧化鋁。反應(yīng)(2) 的沉淀形式是AACH，純凈的AACH煅燒后可以得到疏松的氧化鋁粉體。
在以往制備碳酸鋁銨的工藝中，為了避免夾雜有Y-AIO(OH)，必須不能使 加入的AP+局部濃度過大，因此往往采用很慢的加料速度， 一般采用蠕動泵加 料。但即便采用了比較慢的加料速度，傳統(tǒng)的加料方式由于加料點兩種液相接 觸的面積比較小(實際上是點接觸)，即使采用強力攪拌，也很難在短時間內(nèi)把 溶液混合均勻，難以避免的形成局部濃度不均勻，造成反應(yīng)產(chǎn)物的硬團聚現(xiàn)象， 最終導(dǎo)致了產(chǎn)物的不均勻，嚴重影響了產(chǎn)物的性能。由于加料料速度慢，加料 周期長，不可避免的導(dǎo)致了先加入的反應(yīng)物和后加入的反應(yīng)物反應(yīng)環(huán)境差別很 大，使產(chǎn)物不均勻。另外加料速度慢還限制了整個生產(chǎn)過程生產(chǎn)率的提高。在 實際的工廠生產(chǎn)中，加料速度的快慢往往決定了整個生產(chǎn)周期的長短。
反應(yīng)得到的AACH經(jīng)過干燥和煅燒得到氧化鋁粉體，但傳統(tǒng)的干燥方法一 般使用烘箱進行干燥，能耗大，效率低，而且效果也不好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述技術(shù)的不足，解決以往工藝加料方式加料速度 慢，混合不均勻、干燥效率低、粉體容易產(chǎn)生團聚等問題。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于制備過程是將鋁 鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中，并加入表面活性劑 反應(yīng)后，經(jīng)沉淀、陳化、過濾、洗滌，進行微波進行干燥，煅燒得到納米氧化 鋁粉體。
本發(fā)明的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于所述的 鋁鹽溶液是硝酸鋁或硫酸鋁，濃度中的八13+濃度為0.2 0.611101丄。
本發(fā)明的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于所述的 碳酸氫銨溶液的初始濃度為2.0 2.5mol/L，將表面活性劑聚乙二醇加入到鋁鹽 溶液或碳酸氫銨溶液，加入量為反應(yīng)溶液中A產(chǎn)摩爾數(shù)的0. 5% 2% 。
本發(fā)明的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于所述將 鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中，加入表面活性劑 反應(yīng)過程，反應(yīng)溫度為20 35°C，反應(yīng)時間為2 5h; 碳酸氫氨溶液中 (NH4)HC03與鋁鹽溶液中A產(chǎn)的摩爾比為4 10。
本發(fā)明的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于所述將 鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中，每平方厘米碳酸 氫銨溶液的液面面積上噴霧加料速度為0.2~0.5ml/min。
本發(fā)明的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于使用可 以調(diào)節(jié)功率的微波爐進行兩個階段的干燥，開始干燥階段微波爐功率為300 400W，后一個階段使用100 300W的功率，前后階段所用的時間比例為1:(2 4),干燥時間為0.5~lh。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)加料后兩種溶液能夠在短時間內(nèi)混合均勻，加 料速度快，溶液內(nèi)反應(yīng)物總濃度高，過飽和度大，有利于爆發(fā)成核，而且先加 入的反應(yīng)物和后加入的反應(yīng)物反應(yīng)環(huán)境差別小，因此該工藝可以制備細小均勻 的納米氧化鋁粉體。(2)微波干燥均勻快速，效率高，成本低。(3)產(chǎn)物分散
均勻，基本上為球形顆粒，而且硬團聚顆粒很少。(4)原料來源廣，工藝簡單,
制備周期短，生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益高。


圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。
圖2本發(fā)明方法反應(yīng)后的碳酸鋁銨前驅(qū)體的XRD圖。
圖3木發(fā)明方法反應(yīng)后的碳酸鋁銨前驅(qū)體的SEM圖。 圖4本發(fā)明方法得到的y氧化鋁sem圖。
具體實施例方式
一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法。使用鋁鹽(如硝酸鋁或硫酸 鋁)及碳酸氫銨為原料。把配制好的鋁鹽溶液通過噴霧霧化后加入到碳酸氫銨 溶液中，并加入一定量的表面活性劑，反應(yīng)結(jié)束后把得到的AACH沉淀陳化、過 濾后進行水洗和無水乙醇洗搽，微波干燥，煅燒后得到納米氧化鋁粉末。
反應(yīng)條件pH值為9.0 9.8， Al"濃度為0.2 0.6mol/L , (NH4)HC03溶液 的初始濃度為2.0 2.5mol/L，平均每平方厘米碳酸氫鈸溶液的液面面積上噴霧 加料速度為0.2~0.5ml/min，反應(yīng)溫度為20 35°C，反應(yīng)時間為2 5h; (NH4)HC03與A產(chǎn)的摩爾比為4 10。
噴霧器位于溶液碳酸氫銨溶液的液面上方，高度的調(diào)節(jié)以噴霧面積稍小于 液面面積為宜。加料速度可以通過噴霧器的流量以及壓力控制裝置進行調(diào)節(jié)。 可以根據(jù)需要通過調(diào)整噴霧器噴嘴從而調(diào)節(jié)霧化程度。噴霧加料可以根據(jù)需要 在反應(yīng)過程中連續(xù)進行，也可以間歇進行。和使用傳統(tǒng)的點加料方式相比，噴 霧加料大大增加兩種溶液的接觸面積(能夠增加幾百倍甚至上千倍)。
為了抑制產(chǎn)物的團聚，在碳酸氫銨溶液中加入0.5% 2% (和A產(chǎn)的摩爾比) 的表面活性劑聚乙二醇作為分散劑。
反應(yīng)得到的AACH沉淀經(jīng)過過濾、水洗、醇洗后采用微波干燥的方式進行干 燥，干燥物料的厚度為0.5 2cm。為了使干燥的效果達到最好，使用可以調(diào)節(jié) 功率的微波爐進行兩個階段的干燥，開始千燥階段微波爐功率為300 400W， 后一個階段使用100 300W的功率，前后階段所用的時間比例為1:2 4，干燥 時間為0.5~lh。其原理是在干燥的初始階段，物料內(nèi)部和表面水分較多，用中 等功率快速驅(qū)除物料內(nèi)部水分，但干燥功率也不能太大，否則會導(dǎo)致表面的粒 子快速團聚，毛細管口閉鎖，內(nèi)部的水分難以從內(nèi)部微孔溝道向外排出，這使
表面的粒子溫度極高，以至變黃，故而形成了外黃里濕的現(xiàn)象。在干燥的第二 階段，物料表面的水分己經(jīng)較少，而內(nèi)部仍有少量水分，毛細管口還沒有封閉， 這時采用低功率來繼續(xù)干燥物料，這樣得到的產(chǎn)物既疏松而且干燥時間又短。 實施例1
Al(NO3)3濃度為0.2mol/L ; (NH4)HC03溶液的初始濃度為2.5mol/L ，并用 氨水調(diào)節(jié)pH值為9.5;采用可以控制流量的噴霧器，平均每平方厘米碳酸氫銨 溶液的液面面積上噴霧加料速度為0.4ml/min。； (NH4)HC03溶液采用強力磁力 攪拌，攪拌速度為1200r/min，反應(yīng)時間為2.5h,在碳酸氫銨溶液中加入1 %的 聚乙二醇，(NH4)HC03與A1(N03)3的摩爾比為6，溫度為25。C。所得到的沉淀陳 化3h，經(jīng)水洗4次，再用無水乙醇洗滌3次后用的微波爐干燥，開始干燥階段 微波爐使用300W的功率，后一個階段使用150W的功率，前后階段所用的時間 分別為10min和30min，干燥后得到AACH粉體(XRD圖譜見附圖2，形貌如 附圖3所示)。在80(TC煅燒lh，得到納米Y-Al203粉末，顆粒粒徑基本上為20 50nm，顆粒分散且大小均勻(見附圖3)，比表面積為229m2/g。
實施例2
Al(NO3)3濃度為0.3mol/L ; (NH4)HC03溶液的初始濃度為2.5mol/L ，并用 氨水調(diào)節(jié)pH值為9.6;采用可以控制流量的噴霧器，平均每平方厘米碳酸氫銨 溶液的液面面積上噴霧加料速度為0.3ml/min。； (NH4)HC03溶液采用強力磁力 攪拌，攪拌速度為1200r/min，反應(yīng)時間為3h，在碳酸氫銨溶液中加入1.5%的 聚乙二醇,(NH4)HC03與A1(N03)3的摩爾比為7，溫度為25°C 。所得到的沉淀陳 化3h，經(jīng)水洗4次，再用無水乙醇洗滌3次后用的微波爐干燥，開始干燥階段 微波爐使用300W的功率，后一個階段使用150W的功率，前后階段所用的時間 分別為10min和30min,干燥后得到AACH粉體在800。C煅燒lh，得到納米 ，八1203粉末，顆粒粒徑基本上為20 60nm。
實施例3
Al2(SO4)3濃度為0.2mol/L ; (NH4)HC03溶液的初始濃度為2.5mol/L ，并用 氨水調(diào)節(jié)pH值為9.6;采用可以控制流量的噴霧器，平均每平方厘米碳酸氫銨 溶液的液面面積上噴霧加料速度為0.3ml/min。； (NH4)HC03溶液采用強力磁力 攪拌，攪拌速度為1200r/min，反應(yīng)時間為3h，在碳酸氫銨溶液中加入1.5%的 聚乙二醇，(NH4)HC03與A1(N03)3的摩爾比為7，溫度為25。C。所得到的沉淀陳 化3h，經(jīng)水洗4次，再用無水乙醇洗滌3次后用的微波爐干燥，開始干燥階段 微波爐使用300W的功率，后一個階段使用150W的功率，前后階段所用的時間 分別為10min和30min，干燥后的AACH粉體在80(tc煅燒lh，得到納米y_A1203 粉末，顆粒粒徑基本上為30 70nm。
權(quán)利要求
1.一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于制備過程是將鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中，并加入表面活性劑反應(yīng)后，經(jīng)沉淀、陳化、過濾、洗滌，進行微波進行干燥，煅燒得到納米氧化鋁粉體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于所述的鋁鹽溶液是硝酸鋁或硫酸鋁，濃度中的AP +濃度為0.2 0.6mol/L 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于所述的碳酸氫銨溶液的初始濃度為2.0 2.5mol/L，在碳酸氫銨溶液中 加入氨水控制初始pH值為9.0 9.8。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于所述加入的表面活性劑為聚乙二醇，將表面活性劑加入到碳酸氫銨溶 液，加入量為占反應(yīng)溶液中A產(chǎn)總重的摩爾數(shù)的0. 5% 2%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于所述將鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中， 加入表面活性劑反應(yīng)過程，反應(yīng)溫度為20 35"C，反應(yīng)時間為2 5h;碳酸氫 氨溶液中(NH4)HC03與鋁鹽溶液中A產(chǎn)的摩爾比為4 10。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于所述將鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴入攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中， 平均每平方厘米碳酸氫銨溶液的液面面積上噴霧加料速度為0.2 0.5ml/min。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種制備粒徑均勻的納米氧化鋁粉體的方法，其 特征在于干燥物料的厚度為0.5 2cm，使用可以調(diào)節(jié)功率的微波爐進行兩個階 段的干燥，開始干燥階段微波爐功率為300 400W，后一個階段使用100 300W 的功率，前后階段所用的時間比例為1:2 4，干燥時間為0.5 lh。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備納米氧化鋁粉體的方法，其特征在于制備過程是將鋁鹽溶液通過噴霧霧化后噴向攪拌狀態(tài)下的碳酸氫銨溶液中，并加入表面活性劑反應(yīng)后，經(jīng)沉淀、陳化、過濾、洗滌，進行微波進行干燥，煅燒得到納米氧化鋁粉體。本發(fā)明的方法制備的干燥后AACH經(jīng)過煅燒可以得到團聚少、粒徑均勻的納米級γ-Al₂O₃。
文檔編號C01F7/00GK101186325SQ20071017965
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月17日
發(fā)明者劉戰(zhàn)偉, 張樹朝, 顏恒維 申請人:中國鋁業(yè)股份有限公司