專利名稱：一種纖維狀薄水鋁石的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種纖維狀薄水鋁石的制備方法。具體地，本發(fā)明涉及以硫酸鋁和偏鋁酸鈉為原料制備直徑為6 15納米纖維狀薄水鋁石的方法。
背景技術(shù)：
薄水鋁石(boehmite)，也稱為一水軟鋁石，為氧化鋁的水合物。薄水鋁石有多種形*貌，包括片狀、纖維狀和球形。納米纖維狀薄水鋁石具有比表面積大、孔體積大的特點(diǎn)，可以用于催化劑和吸附劑的載體。Bugosh在美國專利U. S. Pat. No. 2，915，475中，描述了一個制備纖維狀薄水鋁石方法，通過在高溫下水解堿性的氯化鋁和堿性的硝酸鋁得到。所用堿性的氯化鋁和堿性的硝酸鋁以氯化鋁或硝酸鋁與金屬鋁反應(yīng)制得，原料成本高。竹村一樹等人在中國專利CN101117231A中提供了在鎂離子、錳離子存在下三水鋁石水熱轉(zhuǎn)化為比表面積20 80m2/g的纖維狀薄水鋁石的制備方法。該方法制備的纖維狀薄水鋁石呈纖維直徑16 67納米。最近幾年采用表面活性劑輔助合成方法來制備一維薄水鋁石得到廣泛發(fā)展。Kuang等(J. Mater. Chem. 2003,13，660-662)在CTAB表面活性劑條件下在120°C下水熱合成出薄水招石納米管，得到的納米管長約30_70nm,內(nèi)徑3_4nm,外徑5_6nm。Zhu等(Chem.Mater. 2002，14，2086-2093)報道了薄水鋁石納米纖維的生長，在低溫100°C下將PEO表面活性劑與鋁水化合物混合水熱處理得到纖維狀薄水鋁石，得到的纖維狀薄水鋁石3-4nm厚，30-60nm 長。但是，采用表面活性劑輔助方法合成一維薄水鋁石存在很大缺點(diǎn)，一是成本高，二是從薄水鋁石相中出去表面活性劑是很困難的，這必然導(dǎo)致不論薄水鋁石產(chǎn)物中雜質(zhì)的存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以偏鋁酸鈉和硫酸鋁為初始原料，沒有表面活性劑存在條件下，水熱合成直徑為6 15納米纖維狀薄水鋁石的方法。本發(fā)明制備的薄水鋁石具有高純度，形貌是纖維狀的，纖維直徑為6 15納米，孔體積不小于O. 4ml/g0本發(fā)明提供的纖維狀薄水鋁石是用偏鋁酸鈉和硫酸鋁作為原料，滴定得到的鋁水化合物的懸浮液在反應(yīng)釜中反應(yīng)得到。本發(fā)明纖維狀薄水鋁石的制備方法是，先采用滴定法制備出形成薄水鋁石的中間產(chǎn)物-鋁水化合物，然后對得到的中間產(chǎn)物-鋁水化合物進(jìn)行靜置水熱處理，最后冷卻，洗滌，干燥得到薄水鋁石，具體實(shí)施步驟包括以下I)稱取IOg 30g偏鋁酸鈉固體，溶解在IOOml去離子水中，形成偏鋁酸鈉溶液。2)稱取十八水合硫酸鋁，加去離子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得濃度為O. I O. 4mol/L的硫酸鋁溶液。
3)將制得的偏鋁酸鈉溶液在磁力攪拌的條件下，逐滴加入到O. I O. 4mol/L的硫酸招溶液中，其中偏招酸鈉與硫酸招招摩爾比為2. 5-10。4)將最終的混合物攪拌IOmin以上，以獲得分散度較好的懸浮液。5)獲得的懸浮液被轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，在160°C 250°C下處理5h 72h。6)反應(yīng)完成后將高壓釜溫度自然冷卻至室溫，得到的白色沉淀物用離心洗滌，在60 100°C下干燥得到薄水鋁石。本方法所制得的薄水鋁石為纖維狀，纖維直徑6 15納米，孔體積大于O. 4ml/g，該制備方法操作簡單，原料易得，易工業(yè)化；成本低，穩(wěn)定性好和不污染環(huán)境。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例中產(chǎn)物薄水鋁石的比表面積和孔體積用氮吸附法測定，鑒定產(chǎn)物并計(jì)算結(jié)晶度用XRD法測定，纖維狀寬度和長度的大小通過透射電鏡觀察得到。實(shí)施例I本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的薄水鋁石的制備精確稱取29. 5g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3含量為50-56重量％，Na2O含量為40-45 %)，溶解于IOOml去離子水中，配制成偏鋁酸鈉溶液A。稱取66. 64g十八水合硫酸鋁(汕頭市西隴化工廠有限公司生產(chǎn)，分析純)，加去離子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得濃度為O. 4mol/L的硫酸鋁溶液。將配制成的硫酸鋁溶液180mL轉(zhuǎn)入500mL三口燒瓶中，在室溫及攪拌條件下，將制得的偏鋁酸鈉溶液A以2毫升/分鐘的速度滴加到三口燒瓶中，當(dāng)偏鋁酸鈉溶液A滴加完畢之后，白色懸浮液于室溫下快速攪拌2. 5h，得到均勻的白色懸浮液。將得到的均勻的白色懸浮液封裝到IOOmL的高壓反應(yīng)釜中，將烘箱溫度調(diào)整到165°C，將裝好的反應(yīng)釜放入到烘箱中，靜置放置5個小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥24小時，得到薄水鋁石。將得到的薄水鋁石做相應(yīng)的表征，通過XRD表征，與標(biāo)準(zhǔn)的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比較，顯示所獲得的產(chǎn)物為薄水鋁石，并且不含有任何雜質(zhì)的存在，制得的產(chǎn)物具有高純度。產(chǎn)物的形貌特征通過透射電鏡觀察得到，得到的薄水鋁石產(chǎn)物為纖維狀與塊狀的混合物。用氮吸附法測定產(chǎn)物薄水鋁石的比表面積和孔體積，比表面積為218. OmY1，纖維直徑6. I納米，孔體積為O. 5136ml/g。實(shí)施例2本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的薄水鋁石的制備精確稱取14. 75g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3含量為50-56重量％，Na2O含量為40-45 %)，溶解于IOOml去離子水中，配制成偏鋁酸鈉溶液B。稱取33. 32g十八水合硫酸鋁(汕頭市西隴化工廠有限公司生產(chǎn)，分析純)，加去離子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得濃度為O. 2mol/L的硫酸鋁溶液。將配制成的硫酸鋁溶液180mL轉(zhuǎn)入500mL三口燒瓶中，在室溫及攪拌條件下，將制得的偏鋁酸鈉溶液B以2毫升/分鐘的速度滴加到三口燒瓶中，當(dāng)偏鋁酸鈉溶液B滴加完畢之后，白色懸浮液于室溫下快速攪拌O. 5h，得到均勻的白色懸浮液。
將得到的均勻的白色懸浮液封裝到IOOmL的高壓反應(yīng)釜中，將烘箱溫度調(diào)整到180°C，將裝好的反應(yīng)釜放入到烘箱中，靜置放置24小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥24小時，得到薄水鋁石。將得到的薄水鋁石做相應(yīng)的表征，通過XRD表征，與標(biāo)準(zhǔn)的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比較，顯示所獲得的產(chǎn)物為薄水鋁石，并且不含有任何雜質(zhì)的存在，制得的產(chǎn)物具有高純度和高的結(jié)晶度。產(chǎn)物的形貌特征通過透射電鏡觀察得到，得到的薄水鋁石產(chǎn)物為纖維狀，長度約50-150nm。用氮吸附法測定產(chǎn)物薄水鋁石的比表面積和孔體積，比表面積為159. Sm2g-1,纖維直徑8. 3納米，孔體積為O. 4540ml//g。實(shí)施例3本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的薄水鋁石的制備精確稱取29. 5g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3含量為50-56重量％，Na2O含量為40-45 %)，溶解于IOOml去離子水中，配制成偏鋁酸鈉溶液C。稱取66. 64g十八水合硫酸鋁(汕頭市西隴化工廠有限公司生產(chǎn)，分析純)，加去離子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得濃度為O. 4mol/L的硫酸鋁溶液。將配制成的硫酸鋁溶液180mL轉(zhuǎn)入500mL三口燒瓶中，在室溫及攪拌條件下，將制得的偏鋁酸鈉溶液C以3毫升/分鐘的速度滴加到三口燒瓶中，當(dāng)偏鋁酸鈉溶液C滴加完畢之后，白色懸浮液于室溫下快速攪拌2個小時，得到均勻的白色懸浮液。將得到的均勻的白色懸浮液封裝到IOOmL的高壓反應(yīng)釜中，將烘箱溫度調(diào)整到180°C，將裝好的反應(yīng)釜放入到烘箱中，靜置放置24小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥24小時，得到薄水鋁石。將得到的薄水鋁石做相應(yīng)的表征，通過XRD表征，與標(biāo)準(zhǔn)的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比較，顯示所獲得的產(chǎn)物為薄水鋁石，并且不含有任何雜質(zhì)的存在，制得的產(chǎn)物具有高純度和高的結(jié)晶度。產(chǎn)物的形貌特征通過透射電鏡觀察得到，得到的薄水鋁石產(chǎn)物為纖維狀，長度約100-200nm。用氮吸附法測定產(chǎn)物薄水鋁石的比表面積和孔體積，比表面積為193. Im2g'纖維直徑6. 9納米，孔體積為O. 4795ml/g。實(shí)施例4本實(shí)施例說明本發(fā)明提供的薄水鋁石的制備精確稱取14. 75g偏鋁酸鈉(德國Sigma-aldrich公司生產(chǎn)，Al2O3含量為50-56重量％，Na2O含量為40-45 %)，溶解于IOOml去離子水中，配制成偏鋁酸鈉溶液A。稱取33. 32g十八水合硫酸鋁(汕頭市西隴化工廠有限公司生產(chǎn)，分析純)，加去離子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得濃度為O. 2mol/L的硫酸鋁溶液。將配制成的硫酸鋁溶液180mL轉(zhuǎn)入500mL三口燒瓶中，在室溫及攪拌條件下，將制得的偏鋁酸鈉溶液A以2毫升/分鐘的速度滴加到三口燒瓶中，當(dāng)偏鋁酸鈉溶液A滴加完畢之后，白色懸浮液于室溫下快速攪拌2個小時，得到均勻的白色懸浮液。將得到的均勻的白色懸浮液封裝到IOOmL的高壓反應(yīng)釜中，將烘箱溫度調(diào)整到220°C，將裝好的反應(yīng)釜放入到烘箱中，靜置放置12小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物用去離子水離心洗滌3次后，于60°C干燥24小時，得到產(chǎn)品。將得到的產(chǎn)品做相應(yīng)的表征，通過XRD表征，與標(biāo)準(zhǔn)的JCPDS CardNo. 21-1307衍射峰卡比較，顯示所獲得的產(chǎn)物為薄水鋁石，并且不含有任何雜質(zhì)的存在，制得的產(chǎn)物具有高純度和高的結(jié)晶度。產(chǎn)物的形貌特征通過透射電鏡觀察得到，得到的薄水鋁石產(chǎn)物為纖維狀，長度約50-100nm。用氮吸附法測定產(chǎn)物薄水鋁石的比表面積和孔體積，比表面積為 102. Im2g-1,纖維直徑13納米，孔體積為O. 4023ml/g。
權(quán)利要求
1.一種纖維狀薄水鋁石的制備方法，其特征在于 制備方法的步驟如下 1)稱取10 30g偏鋁酸鈉固體，溶解在IOOml去離子水中，形成偏鋁酸鈉溶液；2)在劇烈攪拌下，將制得的偏鋁酸鈉溶液逐滴加到O.I O. 4mol/L的硫酸鋁溶液中； 3)將最終的混合物攪拌IOmin以上，以獲得分散度較好的懸浮液，其中偏鋁酸鈉與硫酸招招摩爾比為2. 5-10 ； 4)將得到的懸浮液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，在160°C 250°C下反應(yīng)，5h 72h； 5)反應(yīng)完成后將高壓釜溫度自然冷卻至室溫，得到的白色沉淀物用離心洗滌，在60 100°C下干燥得到純的纖維狀薄水鋁石。
2.按照權(quán)利要求I所述的纖維狀薄水鋁石的制備方法，其特征在于步驟3得到的懸浮液的PH值控制在7 9。
3.按照權(quán)利要求I所述的纖維狀薄水鋁石的制備方法，其特征在于步驟4中的反應(yīng)溫度控制在160°C 220°C。
4.按照權(quán)利要求I所述的纖維狀薄水鋁石的制備方法，其特征在于步驟4中的反應(yīng)時間應(yīng)該控制在5 48h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維狀薄水鋁石的制備方法；稱取偏鋁酸鈉固體，溶解在去離子水中，形成偏鋁酸鈉溶液；在劇烈攪拌下，將制得的偏鋁酸鈉溶液逐滴加到硫酸鋁溶液中，其中偏鋁酸鈉與硫酸鋁鋁摩爾比為2.5-10；將最終的混合物攪拌10min以上，以獲得分散度較好的懸浮液；將得到的懸浮液轉(zhuǎn)移到高壓反應(yīng)釜中，在160℃～250℃下反應(yīng)5h～72h；反應(yīng)完成后將高壓釜溫度自然冷卻至室溫，得到的白色沉淀物用離心洗滌，在60～100℃下干燥得到純的纖維狀薄水鋁石；本方法所制得的薄水鋁石為纖維狀，纖維直徑6～15納米，孔體積大于0.4ml/g，該制備方法操作簡單，原料易得，易工業(yè)化；成本低，穩(wěn)定性好和不污染環(huán)境。
文檔編號C01F7/02GK102653410SQ20111005118
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者劉其武, 宋家慶, 龐新梅, 彭伶俐, 徐向宇, 王曉化, 王騫, 閻立軍, 陳亨, 霍志萍 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 北京化工大學(xué)