CN103395809B - 一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ‑Al2O3的方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ‑Al₂O₃的方法，AlCl₃溶液的浓度为0.7mol·L^‑1，分散剂的摩尔浓度比例为Al³⁺：分散剂=250：1，加入溶剂之后搅拌，炉温580℃，以廉价的AlCl₃和正丁醇代替价格较贵的醇铝为原料，通过添加表面活性剂控制Al³⁺的水解速率和颗粒的大小，采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法有效地消除了前驱体氢氧化铝凝胶的硬团聚，制得的纳米γ‑Al₂O₃比表面积高、颗粒分布均匀，颗粒尺寸在30nm至70nm之间。将制备的纳米γ‑Al₂O₃加入聚合氯化铝中，充分混合后，制得纳米改性聚合氯化铝。可以有效提升聚合氯化铝的废水混凝沉降效果。

Description

一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方 法及其应用

技术领域

本发明涉及材料化学制备的技术领域，特别涉及纳米γ-Al₂O₃的制备方法，尤其是一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al₂O₃的方法及其应用。

背景技术

随着我国工农业生产的迅速发展和城镇化进程的加快，大量生产性和生活污水产量剧增。特别是，由于追求经济利益以及技术条件的限制，许多污水未经处理就直接排入环境中，导致越来越多的水体受到污染，引发了一系列的社会和环境问题。因此，新型高效水处理药剂始终是水处理环保产业技术领域中重点发展的基础产业，也是水工业与水污染治理工程技术创新发展的基础产业。

絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效果的一种既方便又经济的水处理技术，其中的关键问题是絮凝剂的选择。根据组成的不同，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。

传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐。铝盐主要有硫酸铝、明矾、铝酸钠等。铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。但无机絮凝剂的分子量不够高，聚集体的吸附架桥能力不够强，尤其是对胶体物质的吸附架桥能力比有机高分子差许多，并且存在投药量较多、产生的污泥量较大、后处理困难等缺点。并且，低分子无机盐腐蚀性强，脱色、除浊的效果不理想，药剂投加量大，残留量也大，已逐渐被无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂所取代。

有机高分子絮凝剂主要包括人工合成类和天然聚合物改性类两种。与无机高分子絮凝剂比，有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快，受共存盐类、pH值影响小，生成污泥少、且易处理等优点，但它存在有毒性和价格昂贵的问题。

严格说来，微生物絮凝剂也属于天然高分子有机物，是人们近年来利用生物技术开发出的一类由微生物在特定培养条件下生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的产物。它是利用生物技术，通过微生物发酵提取、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂。至今发现具有絮凝性的微生物已超过17种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等，但絮凝剂产生菌的培养条件、萃取、纯化复杂，工业化生产难度大。如何找到一种高效、经济的水处理方法是水处理领域亟待解决的问题之一。

纳米材料是一类应用前景广阔的新型材料，被认为是21世纪的新材料。它的发展，为解决水污染问题提供了一种可能的途径。纳米微粒的尺寸范围在1nm-100nm之间，由于其尺寸小，比表面大，表现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，使其物理、化学性质也相应发生了巨大的变化并出现许多“反常现象”：优良的力学性能、特殊的磁性能、高的导电率和扩散率，高的反应活性、吸附性和催化性能等，引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。因此作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一的纳米氧化铝粉体也一直是近年来纳米材料研究领域的热点。

γ-Al₂O₃属立方晶系，尖晶石结构，其中氧原子呈面心立方堆积，铝原子填充在空隙中。自80年代中期Gleiter等制得纳米级Al₂O₃粉末以来，人们对这一高新材料的认识不断加深并发现其中有许多特性，如高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温、抗氧化性等特性，被广泛用于传统产业(轻工、化工、建材等)以及新材料、微电子、宇航工业等高科技领域，应用前景十分广阔。且由于其比表面积大，颗粒表面有丰富的失配键和欠氧键，表面性活性高，吸附能力强，又被广泛用作吸附剂，它对无机物、有机物及重金属离子都有很好的吸附作用，可用于废水的净化处理，痕量金属的富集和回收。

纳米技术虽然在环境保护中的应用研究起步较晚。但发展迅速，前景广阔，呈现出欣欣向荣的景象。目前，国内外已经有不少关于纳米材料用于污水处理、杀菌消毒、净化空气、控制噪声等报道。

到目前为止，人们已经发现了很多种制备各类纳米粒子的方法。但目前尚无确切的科学分类标准。按照物质的原始状态分类，相应的制备方法大致可分为：气相法、固相法、液相化学反应法等。

气相法是直接利用气体或者通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方式将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超细粉。其反应条件易控制、产物易精制，只要控制反应气体和气体的稀薄程度就可得到少团聚或不团聚的纳米粉，颗粒分散性好、粒径小、分布窄，但此法成本高、产出率低，难以实现工业化生产。

固相法是将铝盐或氧化铝经过研磨后进行煅烧，通过发生固相反应直接制得超细微氧化铝粉，所得粒径为20至60nm的α-Al₂O₃或4至20nm的γ-Al₂O₃。此法可分为热解法、燃烧法和非晶晶化法，其中铝粉燃烧法是最经典的方法，但设备复杂，且具危险性，粉末收集也有难度，应用前景不大。

液相法的方法有很多种，其中溶胶-凝胶法因操作简单、工艺流程短、生产成本相对较低，各组分含量可精确控制，并可实现分子/原子水平上的均匀混合，制得粒度分布窄、活性高、形状为球形的纳米Al₂O₃颗粒，而成为目前制备纳米Al₂O₃的主流方法，但这种方法所用原料醇铝的价格高，溶胶的凝胶化较难控制，各种工艺条件影响复杂，易团聚，给操作带来很大的难度。为获得理想的纳米球形粉末，许多学者想尽各种办法来控制水解条件，其中干燥是液相法中一个关键的步骤，从溶胶制备、陈化到干燥、煅烧的每一阶段均可能导致颗粒长大或团聚，其中干燥工艺条件对粉体的性能有显著影响。近几年来，有人利用冷冻干燥法、加压干燥法和超临界干燥技术减少和防止颗粒干燥过程中的团聚，但工艺和设备较为复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对溶胶-凝胶法制备的纳米粉体易团聚的缺点，提供一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al₂O₃的方法及其应用，以廉价的AlCl₃和正丁醇代替价格较贵的醇铝为原料，通过添加表面活性剂控制Al³⁺的水解速率和颗粒的大小，此法有效地消除了前驱体氢氧化铝凝胶的硬团聚，制得的纳米γ-Al₂O₃比表面积高、颗粒分布均匀，颗粒尺寸在30nm至70nm之间。用纳米γ-Al₂O₃改性聚合氯化铝，能有效提升聚合氯化铝的混凝沉降效果。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al₂O₃的方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、取浓度为0.6mol·L^-1至0.8mol·L^-1的AlCl₃溶液30mL，按摩尔比Al³⁺：分散剂为250：1的用量加入分散剂，将混合液采用超声波振荡分散均匀；

步骤二、分散结束后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在7至9之间，并将混合液在微波化学反应器中发生均相沉淀反应；

步骤三、将沉淀物离心分离并洗涤；

步骤四、将沉淀物陈化一定时间，然后将其放入50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点蒸馏，得到淡黄色凝胶前驱物；

步骤五、在60℃下对淡黄色凝胶前驱物真空干燥2小时，再将其研磨后灼烧2小时，得白色的纳米γ-Al₂O₃。

采取的优化措施还包括：

上述的步骤一中AlCl₃溶液浓度为0.7mol·L^-1

上述的分散剂为聚乙烯醇或聚乙二醇或丙烯酸或淀粉衍生物。

上述的步骤二中混合液的pH值为8。

上述的步骤三中将沉淀物离心分离的速度为4000r·min^-1。

上述的步骤四中溶剂置换的共沸点为92℃。

上述的步骤五中淡黄色凝胶前驱物的灼烧温度为580℃。

上述的步骤三和步骤四之间还设有Cl^-检测步骤：用0.1mol·L^-1的AgNO₃溶液检验洗涤后的沉淀物，直至检验不到Cl^-存在，再将沉淀物陈化。

上述的步骤五中制得的纳米γ-Al₂O₃颗粒尺寸在30nm至70nm之间。

一种纳米γ-Al₂O₃的应用：将纳米γ-Al₂O₃加入聚合氯化铝中，充分混合后，制得纳米改性聚合氯化铝。

与现有技术相比，本发明采用的共沸蒸馏干燥法是一种重要的有机溶剂置换方式，通过加入沸点高于水、表面张力低的有机溶剂与凝胶中的水组成二组分共沸物系，采用正丁醇作为溶剂，以共沸的方式最大限度地带走凝胶中的水，颗粒表面的羟基被丁氧基取代，从而防止了颗粒间Al-O-Al键的形成，可从根本上消除干燥时产生的硬团聚，大大改善了纳米γ-Al₂O₃粉末的分散性能，而超声波特有的空化作用可使晶核的生成速率提高几个数量级，从而减小颗粒粒径，抑制晶核的聚结和长大，阻止颗粒硬团聚的形成，从而使所获得的γ-Al₂O₃比表面积大，孔结构优良，粒径分布均匀，并用透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等手段对所得的纳米Al₂O₃进行表征，得到比表面积高、颗粒分布均匀，颗粒尺寸在30nm至70nm之间的纳米γ-Al₂O₃。

将本发明制得的纳米γ-Al₂O₃加入市售的聚合氯化铝(PAC)中，充分混合得到纳米改性混凝剂，既赋予其纳米材料的极强吸附特性，又降低了残余铝的含量，扩大了PAC的应用范围，进一步改善了PAC的混凝效果，其特性和优势也为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。用于高浊度水的水处理实验，结果表明纳米γ-Al₂O₃改性的聚合氯化铝对高浊度水的沉降速度提高了22.7%，混凝效果达到了68.6％，比单一的聚合氯化铝提高了11.4％，明显改善了聚合氯化铝的混凝效果。采用本法生产的γ-Al₂O₃纯度可以达到99.9%以上，粒径可以控制在40nm以下。

附图说明

图1是γ-Al₂O₃粉末的X射线衍射图；

图2是溶胶-凝胶法制备的γ-Al₂O₃和本发明制备的γ-Al₂O₃对比图，左侧为溶胶-凝胶法制备的γ-Al₂O_3，右侧为本发明制备的γ-Al₂O₃；

图3是在853K下煅烧后γ-Al₂O₃样品的透射电子显微镜图，其中a曲线为溶胶-凝胶法制备的γ-Al₂O₃，b曲线为本发明制备的γ-Al₂O₃。

具体实施方式

以下实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明通过实验来讲述γ-Al₂O₃的制备及其应用：

试剂和仪器：

浓氨水，结晶氯化铝，NaOH，HCl，正丁醇，市售聚合氯化铝，有机高分子分散剂(聚乙二醇HO(CH₂CH₂O)_nH (Polyethylene Glycol，PEG MP：600至800和5000)，硝酸银溶液(0.1mol·L^-1)，均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

500mL蒸馏烧瓶，球形冷凝管，坩埚，电热恒温水浴锅H.H.S11-2K，远红外快速干燥器766-3，电磁离心机LXJ-64-01，接触调压器TDGCZ-1KVA，X射线微观断层扫描技术XMT-8000，SB-3200型超声波振荡器，装有回流***的LWMC-205可调功率微波化学反应器，DZF6050型真空干燥箱，日本理学Rigaku D/max-γA型X射线粉末衍射仪，JEM-200CX型透射电子显微镜，SXZ-2-5-10箱式电阻炉。

纳米γ-Al₂O₃的制备：

取浓度为0.7mol·L^-1AlCl₃溶液30mL，按摩尔比Al³⁺:分散剂=250:1的用量，加入适量分散剂聚乙二醇，超声波振荡分散均匀，然后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在8.0左右。在微波化学反应器中发生均相沉淀反应，离心分离(4000r·min^-1)并洗涤沉淀，直至用0.1mol·L^-1的AgNO₃溶液检验不到Cl^-为止，陈化一定时间，然后使沉淀在50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点(92℃)蒸馏一定时间(t>40min)得到略显黄色的凝胶前驱物，60℃继续真空干燥2h，再将其研磨后于580℃下灼烧2h，即得白色的纳米γ-Al₂O₃。

主要的化学反应如下：

1．Al(H₂O)₆ ³⁺→Al(H₂O)₅OH²⁺→Al(H₂O)₄(OH)₂ ⁺→Al(H₂O)₃(OH)₃；

2．Al(OH)_nCl_3-n(6-n)H₂O+(3-n)NH₃·H₂O→Al(H₂O)₃(OH)₃+(3-n)NH₄Cl+(3-n)H₂O；

3．Al(H₂O)₃(OH)₃+3ROH→Al(OR)₃+6H₂O；

4．2Al(OR)₃+6H₂O→Al₂O₃·3H₂O+6ROH (R为烷基)；

5．Al₂O₃·3H₂O ^80℃ γ-Al₂O₃+3H₂O。

纳米γ-Al₂O₃的表征：

用X射线粉末衍射仪测试纳米样品的衍射曲线，与X射线标准图谱对照，对样品进行物相和晶型结构分析；通过透射电镜观察纳米Al₂O₃晶粒的粒径、形貌和团聚情况等。

纳米γ-Al₂O₃与PAC复合实验：

向聚合氯化铝中加入一定量的纳米γ-Al₂O₃，在室温下超声波振荡分散均匀，熟化，即得改性聚合氯化铝絮凝剂。

实验工艺流程：

结晶氯化铝→溶解→分散剂→振荡→氨水→离心→洗涤→溶剂→蒸馏→灼烧→自组装复合→改性聚合氯化铝

纳米γ-Al₂O₃的鉴定：

经本发明的制备方法制备的γ-Al₂O₃的纯度可以达到99.9%以上，粒径可以控制在40nm以下。用X射线衍射仪测定其晶型结构，与标准的X射线衍射标准图谱对照，鉴定为γ-Al₂O₃，如图1所示。

显微结构分析与比较：

图2中a和b分别为采用溶胶-凝胶法和溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法制备的γ-Al₂O₃粉体的透射电镜照片。从图比较可知，由溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法制备的γ-Al₂O₃颗粒分散较为均匀，粒度分布范围较窄，晶粒的外形趋向于球形，颗粒尺寸在30nm至70nm之间，通过求统计平均的方法，测定粒径为40nm，能很好地改善粉末的单分散性能。

这是因为在干燥前，凝胶粒子表面吸附有大量的水分和自由羟基，由于水的表面张力很大，凝胶在干燥时，体积缩小，相邻胶粒间距离缩短，水分子通过氢键的作用在相邻颗粒间桥接。如果直接通过煅烧脱水将导致颗粒间化学键合的产生，从而形成硬团聚。而采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥时，凝胶粒子表面吸附的水分基本脱除完，当粒子表面的水被正丁醇取代，正丁醇极性羟基与胶粒表面的自由羟基形成氢键；包覆在凝胶表面的正丁醇的非极性烷氧基与介质中的正丁醇相溶并浸润，避免了粒子间形成氢键作用；又由于正丁醇表面张力小及空间位阻作用，总的效果使粒子间作用力被降低。在煅烧时，阻止了相邻粒子间Al-O-Al键的形成，从而克服了硬团聚体的产生。

AlCl₃溶液的浓度选择：

浓度的变化对最后产物的粒度影响很大。由于浓度高，聚集速度快，沉淀反应时生成的晶核数量多，得到大量无定形沉淀。反之，浓度低，成核速度慢，颗粒的半径大。实验发现，浓度高时，如1.0mol·L^-1时，由于Al³⁺浓度较高，所形成的颗粒表面能大，颗粒间距短，颗粒与颗粒在表面力(范德华力、表面静电力、氢键力等)作用下，聚集起来形成软团聚体。但这些软团聚体不易及时分开，经过后续处理就变成硬团聚，制备出的粉体颗粒尺寸不大，但团聚严重，要求较高的机械研磨才可以达到要求。而浓度太低，则不易成核，在加上表面力的作用，颗粒之间相互排斥，形成稳定态，从而影响最后的成品率。控制AlCl₃溶液的浓度在0.7mol·L^-1，使成核的速度较快且容易分散开而不团聚。

分散剂的选择：

分散剂的选择原则就是在后续处理中可以清除掉，不影响产品性质。在用液相法制备无机纳米氧化物时，体系中加入聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酸及淀粉衍生物等有机物或聚合物作分散剂，可以明显改善粒子的团聚问题。其中，聚乙二醇，是一种非离子表面活性剂，其水溶性好，有优良的稳定性和润滑性，产品无毒且无刺激性。本项目优先选用聚乙二醇(PEG)作分散剂。

溶剂的选择：

溶剂应与水部分互溶或不互溶，而沸点比水高，最好有OH基团，这样胶体表面的OH基团可以逐步被溶剂的另一基团所替代，并起到一定的空间位阻作用，使胶体的分散性显著提高。其反应方程式如下：

Al-OH+HO-R→Al-O-R+H₂O

前驱体凝胶粒子之间充满了水分子，直接干燥时，在毛细管力作用下胶体颗粒互相靠近，易形成硬团聚。而采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法可以抑制硬团聚的产生，良好的共沸溶剂应符合以下几个条件：(1)能与水形成共沸混合物；(2)共沸条件下蒸汽相中水含量大；(3)共沸溶剂本身的沸点较低。通过实验得知共沸混合物中的含水量越大，纯溶剂本身的沸点越低，对分离越有利，比较几种醇类之后，发现选择正丁醇做共沸溶剂最好。下表是几种常见醇类的沸点及共沸混合物中的含水量。

常见共沸溶剂的沸点及共沸混合物中的含水量：

物质	纯物质沸点/ ℃	共沸物沸点/ ℃	共沸物含水量/ %
				正丁醇	117.17	92.0	44.5
异丁醇	108.4	89.7	30.0
				仲丁醇	99.5	88.5	32.0
正戊醇	138.0	95.4	55.0
				苯	80.2	69.3	8.9
丙酸	141.1	100.0	82.3

炉温的选择：

由于经蒸馏之后制备出来的是醇铝，处于干凝胶状态。温度过高时容易产生α-Al₂O₃，虽然颗粒可能也比较小，但它没有γ-Al₂O₃的化学活性高。此外为了保证有机物灼烧干净，温度不宜太低，实验温度控制在580℃时最好。

炉温与粒径关系：

炉温/℃	540	560	580	590	700
						时间/min	40	40	30	30	30
颗粒尺寸/mm	<0.10	<0.10	<0.10	0.15	0.15

纳米γ-Al₂O₃与聚合氯化铝的最佳配比：

分别取定量的聚合氯化铝(0.1g)加入不同量的γ-Al₂O₃，然后进行分组实验，相同规格的量筒取40mL的煤浆水(1,10g/100mL)和40mL的黏土(2,10g/100mL)进行对比实验。数据如下：

改性后聚合氯化铝混凝实验煤浆(1)和黏土泥浆(2)混凝实验：

聚合氯化铝:Al2O3比例 1:0	1:2	1:3	1:4	1:5	1:6
						用量/g 0.01	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
平均澄清时间1/S 220	175	170	195	280	350
						平均澄清时间2/S 215	170	165	160	250	300

研究发现，聚合氯化铝与γ-Al₂O₃在与不同物质混凝时效果不同，相同用量的聚合氯化铝，不同量的γ-Al₂O₃混凝效果不同。γ-Al₂O₃对浑浊度小、颗粒小的杂质混凝效果较好，而且γ-Al₂O₃所混凝的胶团较细，但沉淀速度较快、彻底且水体的透明度高，后续处理比较容易。而聚合氯化铝对浑浊度大、颗粒大的混凝效果较好，但相比较而言沉降颗粒较大，处理后的水体透明度没有γ-Al₂O₃改性的高。本实验确定的配比为：对于悬浊液沉淀处理，最佳配比黏土泥浆1:4，煤浆为1:3。并且纳米改性聚合铝的沉降速度比单一的聚合氯化铝提高了22.7%。

纳米改性聚合氯化铝与单一聚合氯化铝絮凝效果比较：

原水水质：pH值=7.8 T=I 5℃ 浊度=265.7NTU COD=399.3mg/L。

纳米改性聚合氯化铝与单一聚合氯化铝絮凝效果比较：

絮凝剂种类	投加量(mg/L)	出水COD	COD去除率(%)	污泥体积(mL)
					纳米改性聚合氯化铝	100	125.4	68..6	13.4
聚合氯化铝	100	170.9	57.2	18.2

由此表可以得出纳米改性聚合氯化铝去除COD达到了68.6％，比单聚合氯化铝提高了11.4％。同时，污泥体积大大减少，缩小为13.4mL，比单聚合氯化铝处理时减小了26.4％，改善了聚合氯化铝的混凝效果。

通过实验可以得出本发明具有以下优点：

1．以廉价的AlCl₃·6H₂O和正丁醇代替价格较贵的醇铝为原料，制备高纯纳米氧化铝，然后与聚合氯化铝进行改性复合，增加了聚合氯化铝的混凝效果，具有良好的经济效益和社会效益。开创了以高纯纳米改性聚合氯化铝生产水处理药剂的新工艺。

2．采用正丁醇共沸蒸馏能有效脱除凝胶前体中的水分，颗粒表面的羟基被丁氧基取代，从而防止了颗粒间Al-O-Al键的形成，消除了硬团聚，大大改善了纳米γ-Al₂O₃粉末的分散性能。

3．纳米γ-Al₂O₃的溶剂置换/共沸蒸馏法生产的γ-Al₂O₃的纯度可以达到99.9%以上，粒径可以控制在40nm以下。

4．用纳米γ-Al₂O₃改性的聚合铝处理废水，最佳配比黏土泥浆为1:4，煤浆为1:3。并且纳米γ-Al₂O₃改性聚合铝的沉降速度比单一的聚合氯化铝提高了22.7%；去除COD达到了68.6％，比单一聚合氯化铝提高了11.4％。同时，污泥体积大大减少，比单一聚合氯化铝处理时污泥体积减小了26.4％，改善了聚合氯化铝的混凝效果，为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。

Claims (1)

1.一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al₂O₃的应用，其特征是：所述的纳米γ-Al₂O₃合成包括取浓度为0.7mol·L^-1AlCl₃溶液30mL，按摩尔比Al³⁺:分散剂为250:1的用量，加入分散剂聚乙二醇，将混合液采用超声波振荡分散均匀，分散结束后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在8.0；并将混合液在微波化学反应器中发生均相沉淀反应，将沉淀物在离心分离速度4000r·min^-1下离心分离并洗涤，用0.1mol·L^-1的AgNO₃溶液检验洗涤后的沉淀物，直至检验不到Cl^-存在，再将沉淀物陈化；沉淀物陈化一定时间，然后将其放入50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点蒸馏，共沸点为92℃，蒸馏时间大于40min，得到淡黄色凝胶前驱物，在60℃下对淡黄色凝胶前驱物真空干燥2小时，再将其研磨后于580℃下灼烧2h，即得白色的纳米γ-Al₂O₃，纳米γ-Al₂O₃的纯度达99.9%，粒径在40nm以下；向聚合氯化铝中加入一定量的纳米γ-Al₂O₃，在室温下超声波振荡分散均匀，熟化，即得纳米改性聚合氯化铝；用纳米改性聚合氯化铝处理废水，黏土泥浆时聚合氯化铝与纳米γ-Al₂O₃的比例为1:4，煤浆时聚合氯化铝与纳米γ-Al₂O₃的比例为1:3，纳米改性聚合氯化铝的沉降速度比单一的聚合氯化铝提高了22.7%；去除COD达到了68.6％，比单一聚合氯化铝提高了11.4％；同时，污泥体积大大减少，比单一聚合氯化铝处理时污泥体积减小了26.4％，改善了聚合氯化铝的混凝效果。