CN101456561A - 一种纳米莫来石粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的纳米莫来石粉体的制备方法，其步骤包括：(1)将铝的无机盐水溶液与硅溶胶按硅元素与铝元素的摩尔比为1∶3搅拌混合；(2)将柠檬酸溶解于乙二醇中，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1∶4～1∶8；(3)按柠檬酸与铝无机盐的摩尔比为1∶1～1∶4混合上述两溶液，升温到125℃～135℃保温2～4小时，继续升温到180℃～220℃保温2～4小时，然后在1100℃～1300℃煅烧，得到纳米莫来石粉体。本发明所采用的原材料来源广泛易得、成本低廉，制备工艺简单可控、对设备要求低，制得的纳米莫来石粉体粒径细小、分散均匀，具有良好的工业应用价值。

Description

一种纳米莫来石粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米莫来石粉体的制备方法，属于材料科学技术领域。

背景技术

以氧化铝和氧化硅为原料合成得到的莫来石，是Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的化合物，具有低的热传导系数和热膨胀系数、优异的抗蠕变和抗热震性、优良的电绝缘性、化学稳定性与高温强度等，是高温结构材料、红外透过窗口、微电子基板材料及催化剂载体的首选材料，也经常用于添加到氧化铝陶瓷中改善其高温力学性能。影响上述材料性能的一个重要因素是莫来石晶粒的大小与分布，当莫来石的颗粒大小降低到纳米级时，不仅具有小的体积效应，起到优良的颗粒增韧作用，还具有巨大的表面能，使其反应活性大为提高。例如，中国发明专利200310108594.X公布了一种增强日用瓷的制造工艺方法，该专利采用天然瓷土为主要原料，制成含有纳米莫来石晶粒和细化刚玉晶粒的高档强化日用瓷，利用纳米莫来石晶粒的颗粒增强来提高日用瓷的强度与热稳定性。纳米莫来石粉体在催化加氢上的应用研究(工业催化，2003，2，33-35)报道了纳米莫来石在作为加氢反应载体时，具有比氧化硅、氧化镁等更为优异的性能。因此，纳米莫来石粉体日益受到人们的重视，但自然界中却很少存在天然的莫来石原料，更不用说存在天然的纳米莫来石粉体。

目前，莫来石的合成方法主要采用高温反应法(1700-1750℃煅烧)和电熔法，但这两种方法的生产成本太高、反应条件苛刻、制备过程复杂，而且得到的莫来石粉体粒径在微米级范围。为了获得纳米级的莫来石粉体，采用湿化学合成法得到了广泛研究。

赵惠忠等(硅酸盐学报，2003，31，12，1216-1220)以异丙醇铝和正硅酸乙酯为主要原料，采用溶胶-凝胶以及超临界流体干燥技术制备出二元纳米气凝胶，再通过中温煅烧，获得了纳米级莫来石粉体；陈浩等(江西科学，2006，24，6，428-431)以正硅酸乙酯和结晶氯化铝为主要原料制备纳米莫来石前驱体溶胶，然后采用超临界流体干燥处理技术制备了Al₂O₃-SiO₂体系纳米超细粉体；何文(材料导报，2000，14，337-338)以正硅酸乙醋和硝酸铝为原料，采用溶胶-凝胶与超临界流体干燥法合成了莫来石的纳米粒子；上述制备过程的工艺条件要求较高，特别是异丙醇铝与正硅酸乙酯的材料成本昂贵，不适合工业化生产。禹剑等(硅酸盐学报，1998，26，5，578-585)以正硅酸乙酯(TEOS，分析纯)和结晶氯化铝(AlCl₃·6H₂O，分析纯)为原料，采用快速水解法制备不同化学配比的铝硅凝胶，煅烧后压制成型并烧结，并未对纳米莫来石的物相与粒径展开探讨，而且正硅酸乙酯的原材料成本高，用于工业生产并不理想。

王银叶等采用廉价的天然高岭土合成纳米莫来石复合氧化物(天津大学学报，2001，34，2，225-228)，通过水热晶化法，在常压下恒温373K制备出以莫来石为主晶相的复合纳米晶，但含有Al₂O₃、SiO₂等杂相。马青松采用溶胶-凝胶法合成Al₂O₃-SiO₂纳米粉体(国防科技大学学报，2002，24，4，25-28)，以氯化铝、硅溶胶和六次甲基四胺为原料，在1300℃合成了结晶度较高的莫来石粉体，但未对粉体颗粒进行表征。申请号为200710134951.8的专利以氢氧化钠或碳酸钠、尿素、水、冰醋酸为原料，经过反应后再进行过滤、洗涤、干燥，灼烧即得纳米莫来石，该方法需要经过过滤、洗涤等工序，条件烦琐并容易引入杂质。

发明内容

本发明的目的是提供一种原材料成本低廉、设备投资少、制备工艺简单可控的纳米莫来石粉体的制备方法。

本发明提出的一种纳米莫来石粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铝的无机盐溶解于去离子水中，形成0.5～1.5mol/l铝的无机盐水溶液；再按硅元素与铝元素为1：3的摩尔比加入硅溶胶，搅拌1～5小时；

(2)将柠檬酸溶解于乙二醇中，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1：4～1：8；

(3)按柠檬酸与铝无机盐的摩尔比为1：1～1：4，将上述(1)与(2)溶液混合，搅拌；然后升温到125℃～135℃保温2～4小时，继续升温到180℃～220℃保温2～4小时，得到松脆的黑色物质；

(4)将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在1100℃～1300℃煅烧，得到白色的纳米陶瓷粉体，即为本发明的纳米莫来石粉体。

上述技术方案中，步骤(1)所述的铝的无机盐可为Al(NO₃)₃·9H₂O、Al(OH)(CH₃COO)₂·2H₂O、C₆H₉AlO₆、C₉H₂₁AlO₃、AlCl₃·6H₂O、Al(OH)₃或者铝溶胶中的一种或几种。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、以铝的无机盐以及硅溶胶为原料，价格便宜且原料易得，具有低的原材料成本；

2、制备过程中仅需要加热搅拌，然后进行高温煅烧，所需设备简单、制备工艺简单可控；

3、利用柠檬酸对金属离子的络合作用、乙二醇对金属离子的键合和空间位阻作用，使金属离子均匀分布在聚合物中，从而最终能得到粒子分布均匀的纳米莫来石粉体。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步描述。

实施例1：

称取1mol的Al(NO₃)₃·9H₂O溶于一定量的去离子水中，形成1mol/l的硝酸铝水溶液；在该硝酸铝水溶液中按硅为1/3mol的量加入硅溶胶，搅拌3小时使其混合均匀。将1mol的柠檬酸(CA)加入到4mol的乙二醇(EG)中，加热到90℃使柠檬酸在乙二醇中溶解。

将上述两溶液混合、搅拌，缓慢加热使混合溶液中的水分蒸发，得到透明的溶胶状液体。将该透明的溶胶状液体升温到130℃保温3小时，开始保温时会产生气泡并伴有体积膨胀，保温后期其体积不再发生变化，继续升温到210℃保温2小时，然后随炉冷却，得到松脆的黑色物质。

将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在1200℃煅烧2小时，得到白色粉末，即为本发明的纳米莫来石粉体。该纳米粉体经透射电镜TEM分析，粒径在60～100nm之间，粒子的分散性较好；XRD分析表明该纳米粉体为单一的莫来石晶相。

实施例2：

称取1mol的Al(OH)(CH₃COO)₂·2H₂O溶于一定量的去离子水中，形成0.8mol/l的醋酸铝水溶液；在该醋酸铝水溶液中按硅为1/3mol的量加入硅溶胶，搅拌4小时使其混合均匀。将2mol的柠檬酸(CA)加入到9mol的乙二醇(EG)中，加热到90℃使柠檬酸在乙二醇中溶解。

将上述两溶液混合、搅拌，缓慢加热使混合溶液中的水分蒸发，得到透明的溶胶状液体。将该透明的溶胶状液体升温到130℃保温2小时，开始保温时会产生气泡并伴有体积膨胀，保温后期其体积不再发生变化，继续升温到220℃保温2小时，然后随炉冷却，得到松脆的黑色物质。

将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在1250℃煅烧2小时，得到白色粉末，即为本发明的纳米莫来石粉体。该纳米粉体经透射电镜TEM分析，粒径在80～120nm之间，粒子的分散性较好；XRD分析表明该纳米粉体为单一的莫来石晶相。

实施例3：

称取铝元素含量为1mol的酸性铝溶胶溶解于一定量的去离子水中，形成1.5mol/l的铝溶胶水溶液；在该水溶液中按硅为1/3mol的量加入酸性硅溶胶，搅拌4小时使其混合均匀。将1.5mol的柠檬酸(CA)加入到9mol的乙二醇(EG)中，加热到90℃使柠檬酸在乙二醇中溶解。

将上述两溶液混合、搅拌，缓慢加热使混合溶液中的水分蒸发，得到透明的溶胶状液体。将该透明的溶胶状液体升温到125℃保温4小时，开始保温时会产生气泡并伴有体积膨胀，保温后期其体积不再发生变化，继续升温到200℃保温3小时，然后随炉冷却，得到松脆的黑色物质。

将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在1200℃煅烧2小时，得到白色粉末，即为本发明的纳米莫来石粉体。该纳米粉体经透射电镜TEM分析，粒径在80～100nm之间，粒子的分散性较好；XRD分析表明该纳米粉体为单一的莫来石晶相。

Claims (2)

1、一种纳米莫来石粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铝的无机盐溶解于去离子水中，形成0.5～1.5mol/l铝的无机盐水溶液；再按硅元素与铝元素为1：3的摩尔比加入硅溶胶，搅拌1～5小时；

(2)将柠檬酸溶解于乙二醇中，柠檬酸与乙二醇的摩尔比为1：4～1：8；

(3)按柠檬酸与铝无机盐的摩尔比为1：1～1：4，将上述(1)与(2)溶液混合，搅拌；升温到125℃～135℃保温2～4小时，继续升温到180℃～220℃保温2～4小时，得到松脆的黑色物质；

(4)将上述松脆的黑色物质研磨，放入高铝坩埚中，在1100℃～1300℃煅烧，得到纳米莫来石粉体。

2、根据权利要求1所述的纳米莫来石粉体的制备方法，其特征在于：所述的铝的无机盐可为Al(NO₃)₃·9H₂O、Al(OH)(CH₃COO)₂·2H₂O、C₆H₉AlO₆、C₉H₂₁AlO₃、AlCl₃·6H₂O、Al(OH)₃或者铝溶胶中的一种或几种。