CN103787393B - 一种氧化铝的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种氧化铝的制备方法，将铝盐溶液和沉淀剂并流加入到含有聚乙二醇的水溶液中进行共沉淀反应；沉淀物经老化、过滤、干燥后得到拟薄水铝石干胶，拟薄水铝石干胶经焙烧后制得γ- Al₂O₃粉体。该方法工艺简单、生产成本低，制备的氧化铝具有规则的层状结构、粉体颗粒团聚少，孔容、孔径大，比表面积高，对环境污染小，易于实现工业化生产。

Description

一种氧化铝的制备方法

技术领域

本发明涉及一种氧化铝的制备方法，具体地说涉及一种具有层状结构的氧化铝的制备方法。

背景技术

氧化铝材料广泛应用于化工、医学、电子、耐火材料、环保等诸多领域。尤其是氧化铝在催化、分离以及多功能器件(纳米反应器、光学器件、生物分离薄膜和色谱填料)制造等领域具有广泛的应用前景，这些应用对氧化铝材料的形貌有特殊要求，需要合成出尺寸均一、具有一定规整外貌(纤维、管状、层状、薄片和球状)的氧化铝材料。

CN200910196552.3公开了一种通过熔盐法制备片状α-氧化铝颗粒的方法。该方法以工业级铝酸钠为原料制备α-氧化铝前驱体，采用熔盐法中的溶胶凝胶和球磨的混合方法来制得粒径在2～18μm、近单分散的片状α-氧化铝颗粒并通过加入纳米级微晶α-Al₂O₃晶种和一些添加剂来控制片状α-氧化铝颗粒的形貌，具有工艺过程简单、制备产品的纯度较高、成本低等优点。

CN200610127935.1公开了一种片状超细氢氧化铝的制备方法，其制备过程是在铝酸钠溶液中添加为多元醇类的调整剂，将含有多元醇的铝酸钠溶液加超细的氢氧化铝凝胶晶种分解或含多元醇的铝酸钠溶液自分解；反应的浆体经过液固分离、洗涤、干燥后制备出不同粒径的片状的氢氧化铝微粉，通过控制不同的分解工艺条件，可制得不同粒径的片状氢氧化铝微粉。

相对于公开较多的片状、球状、纤维状氧化铝的制备方法来讲，制备具有层状结构的氧化铝却鲜有报道。齐利民等在《高等学校化学学报》1999年20卷4期第507-510页中公开了一种超分子模板法合成层状中孔结构氧化铝的制备方法，利用烷基硫酸钠作为模板剂在室温下合成了层状中孔结构氧化铝，考察了表面活性剂碳链长度和表面活性剂混合比例对层状氧化铝中孔相结构参数的影响。当使用单一表面活性剂作为模板剂时，层状中孔结构氧化铝的层间距d及其层状结构的长程有序度随着表面活性剂碳链长度的增加而增加；若使用C₈H₁₇SO₄Na与C₁₄H₂₉SO₄Na混合表面活性剂作为混合模板剂，当C₁₄H₂₉SO₄Na摩尔分数x处在0～0.5时，层间距基本恒定，接近于具有二者平均碳链长度(n=11)的单一表面活性剂作为模板剂时的情形；当x>0.5时，层间距随x的增大而逐渐增大。该方法制备过程复杂、需要使用模板剂导致成本偏高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有规则孔结构的层状氧化铝的制备方法。该方法工艺简单、生产成本低，制备的氧化铝粉体颗粒团聚少，孔容、孔径大，比表面积高，对环境污染小，易于实现工业化生产。

一种氧化铝的制备方法，将铝盐溶液和沉淀剂并流加入到含有聚乙二醇的水溶液中进行共沉淀反应；沉淀物经老化、过滤、干燥后得到拟薄水铝石干胶，拟薄水铝石干胶经焙烧后制得γ-Al₂O₃粉体。

本发明方法中所述的聚乙二醇（PEG）包括PEG800、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000等任一分子量的聚乙二醇中的一种或几种混合。含有聚乙二醇的水溶液中聚乙二醇为任意浓度。

本发明方法中所述的铝盐和沉淀剂均可为工业原料。所述的铝盐包括氯化铝、硫酸铝及硝酸铝中的一种或几种混合，优选硫酸铝。铝盐溶液中铝盐浓度10-80g·Al₂O₃·L^-1。所述的沉淀剂为碱性溶液，包括碳酸氢铵溶液、碳酸氢钠溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液及偏铝酸钠溶液中的一种或几种混合。在所有的碱性溶液中优选偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液浓度为15-150g·Al₂O₃·L^-1。

本发明方法中共沉淀反应过程pH值保持在6-9之间，温度控制在10-60℃。老化温度控制在30-90℃，pH值保持在6-9，时间为0.5-10h。

本发明方法中拟薄水铝石干胶焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为2-6h。

与现有技术相比，本发明一种氧化铝的制备方法具有如下优点：

（1）本发明方法中在聚乙二醇水溶液中进行铝盐溶液和碱性溶液的并流共沉淀反应，并通过控制适宜的反应条件制备出具有规则孔结构的层状氧化铝；

（2）本发明方法中的沉淀物经老化、过滤、干燥后得到拟薄水铝石干胶，在焙烧前后氧化铝晶粒形貌变化不大，焙烧后制备的氧化铝粉体颗粒团聚少，孔容、孔径大，比表面积高；

（3）本发明方法工艺简单、生产成本低，对环境污染小，易于实现工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的拟薄水铝石干胶晶粒SEM图像。

图2为实施例1制备的拟薄水铝石干胶晶粒TEM图像。

图3为实施例1制备的γ-Al₂O₃粉体的TEM图像，其中插图为γ-Al₂O₃粉体的SAED图。

图4为比较例1得到拟薄水铝石干胶的SEM图像。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明方法的过程及效果，但以下实施例不构成对本发明方法的限制。

实施例1

取工业级氢氧化铝和氢氧化钠粉，配制成浓度为100g·Al₂O₃·L^-1的偏铝酸钠溶液。取工业级硫酸铝粉，配制成浓度为40g·Al₂O₃·L^-1的硫酸铝溶液。将50g聚乙二醇6000溶于2000ml水中，温度保持在50℃，搅拌下将硫酸铝溶液和偏铝酸钠溶液并流加入到聚乙二醇6000溶液中，硫酸铝溶液的流量控制在10ml/min，调节偏铝酸钠溶液的流量，使体系pH值保持在8左右。经90min中和结束后，升高体系温度到70℃，陈化2h。抽滤浆液，滤饼用去离子水打浆洗涤，100℃干燥，得到拟薄水铝石干胶，SEM图像见图1，TEM图像见图2。600℃焙烧3h，得到γ-Al₂O₃，TEM图像见图3，低温氮吸附测得γ-Al₂O₃的S_BET=279m²/g，V_P=0.88ml/g，D_P=124.7?。

实施例2

取工业级氢氧化铝和氢氧化钠粉，配制成浓度为20g·Al₂O₃·L^-1的偏铝酸钠溶液。取工业级硫酸铝粉，配制成浓度为80g·Al₂O₃·L^-1的硫酸铝溶液。将30g聚乙二醇2000溶于2000ml水中，温度保持在25℃，搅拌下将硫酸铝溶液和偏铝酸钠溶液并流加入到聚乙二醇2000溶液中，铝溶液的流量控制在10ml/min，调节偏铝酸钠溶液的流量，使体系pH值保持在7左右。经90min中和结束后，升高体系温度到40℃，陈化8h。抽滤浆液，滤饼用去离子水打浆洗涤，100℃干燥，得到拟薄水铝石干胶。500℃焙烧6h，得到γ-Al₂O₃，低温氮吸附测得γ-Al₂O₃的S_BET=258m²/g，V_P=0.75ml/g，D_P=116.3?。

实施例3

取工业级氢氧化铝和氢氧化钠粉，配制成浓度为150g·Al₂O₃·L^-1的偏铝酸钠溶液。工业级硫酸铝粉，配制成浓度为26g·Al₂O₃·L^-1的硫酸铝溶液。将40g聚乙二醇4000溶于2000ml水中，温度保持在50℃，搅拌下将硫酸铝溶液和偏铝酸钠溶液并流加入到聚乙二醇4000溶液中，硫酸铝溶液的流量控制在10ml/min，调节偏铝酸钠溶液的流量，使体系pH值保持在6左右。经90min中和结束后，升高体系温度到90℃，陈化6h。抽滤浆液，滤饼用去离子水打浆洗涤，100℃干燥，得到拟薄水铝石干胶。700℃焙烧2h，得到γ-Al₂O₃，低温氮吸附测得γ-Al₂O₃的S_BET=301m²/g，V_P=0.92ml/g，D_P=122.2?。

比较例1

同实施例3，只是在不含聚乙二醇的条件下进行共沉淀。得到拟薄水铝石干胶的SEM图像见图4。焙烧后得到γ-Al₂O₃，低温氮吸附测得γ-Al₂O₃的S_BET=189m²/g，V_P=0.32ml/g，D_P=64.6?。

Claims (7)

1.一种氧化铝的制备方法，其特征在于：将铝盐溶液和沉淀剂并流加入到含有聚乙二醇的水溶液中进行共沉淀反应；沉淀物经老化、过滤、干燥后得到拟薄水铝石干胶，拟薄水铝石干胶经焙烧后制得γ-Al₂O₃粉体，所述的含有聚乙二醇的水溶液中聚乙二醇为任意浓度，所述的铝盐溶液中铝盐浓度10-80g·Al₂O₃·L^-1，所述的共沉淀反应过程pH值保持在6-9之间，温度控制在10-60℃，老化温度控制在30-90℃，pH值保持在6-9，时间为0.5-10h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的聚乙二醇包括PEG800、PEG2000、PEG4000、PEG6000、PEG8000中的一种或几种混合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铝盐包括氯化铝、硫酸铝及硝酸铝中的一种或几种混合。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的铝盐溶液中铝盐浓度10-80g·Al₂O₃·L^-1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的沉淀剂包括碳酸氢铵溶液、碳酸氢钠溶液、氨水溶液、氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液及偏铝酸钠溶液中的一种或几种混合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：沉淀剂为偏铝酸钠溶液，偏铝酸钠溶液浓度为15-150g·Al₂O₃·L^-1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：拟薄水铝石干胶焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为2-6h。