CN105621380A - 一种高效制备针状磷酸二氢铝的简单方法 - Google Patents
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Abstract
一种高效制备针状磷酸二氢铝的简单方法,其特征在于采用以下步骤:(1)把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水配制成溶液;然后把硝酸铝、尿素加入到溶液中;(2)在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;(3)把溶液加热到85~98℃,并用搅拌器连续搅拌5~8小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化、过滤、分离、洗涤产物,然后在60~80℃下干燥,即制备出结晶完整的针状磷酸二氢铝。
Description
技术领域
本发明提供的是一种高效制备针状磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)的简单方法,属于无机材料制备技术领域。
背景技术
磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)在工业生产中的应用非常广泛,具有耐高温、抗剥落、抗震动等优点,且具有优良的紫外线吸收能力,绝缘性能,红外吸收性能,电绝缘性能,阻燃性能等,可用做耐火材料和陶瓷材料的粘结剂,陶瓷材料的增强剂,塑料、橡胶、纤维、木材、纸张等的膨胀型阻燃涂料,耐热绝缘制品等。与颗粒(粉末)状的磷酸二氢铝相比,针状磷酸二氢铝阻燃效果显著增加,还能有效提高塑料、橡胶、纸张等的强度和耐磨性,具有更加优良的紫外线和红外吸收性能,应用非常广阔。磷酸二氢铝通常以液态或粉末形式存在。但是,液态的磷酸二氢铝不能单独使用,且价格昂贵,不利于长途运输,这极大地限制了液态磷酸二氢铝的应用和推广。针状磷酸二氢铝具有完整的针状结晶,具备一定的强度,便于其应用和推广。但是,磷酸二氢铝易溶于水,易吸潮,难以干燥,用目前的生产方法难以生产出理想的针状磷酸二氢铝。例如:李树全(制备水溶性粉状高温粘结剂磷酸二氢铝的研究,《无机盐工业》,1984年第9期,10-11页)制备了膏状的磷酸二氢铝,然后利用真空干燥法制备磷酸二氢铝粉末。但是,该方法采用了过量的磷酸盐,导致在最终的产物中会残余部分磷酸或(和)磷酸盐,影响磷酸二氢铝的性能和应用;此外,张振兴等(材料级磷酸二氢铝的生产与应用,化工时刊,2011年第九期,20-22页)利用热风离心喷雾干燥法制备了磷酸二氢铝粉状固体,但该方法要求物料在480-520℃温度下瞬间快速干燥,对设备、工艺条件的要求比较苛刻。目前,尚未发现有关大批量生产结晶完整的针状磷酸二氢铝的文献。
为了克服磷酸二氢铝真空干燥过程中易于残留杂质、以及热风离心喷雾干燥对工艺要求苛刻的等问题,本发明了提供了一种高效、简单、安全、可靠、易于操作、成本低廉、纯度高的针状磷酸二氢铝的制备方法,该方法的原理是:首先在溶液中生成针状磷酸二氢铝结晶体,然后经过滤、洗涤、干燥,即可制备出高纯度的针状磷酸二氢铝。
发明内容
本技术提供一种高效、简单、安全、可靠、易于操作、成本低廉、纯度高的针状磷酸二氢铝的制备方法,其技术方案为:
一种高效制备针状磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)的简单方法,其特征在于采用以下步骤:(1)把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水按体积比为5:3:5的比例配制成溶液;然后把硝酸铝、尿素加入到溶液中,其中硝酸铝、磷酸和尿素的摩尔比是:1:3:3~6;;(2)在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;(3)把溶液加热到85~98℃,并用搅拌器连续搅拌5~8小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化5小时,再进行过滤、分离,并用无水乙醇洗涤产物3次,然后在60~80℃下干燥2~4小时,即制备出结晶完整的针状磷酸二氢铝。
图1是本发明技术制备的针状磷酸二氢铝结晶体照片;从图中可以看到:磷酸二氢铝结晶体呈针状;图2是本发明技术制备的结晶体的XRD图谱,从图中可知:本发明技术制备的产品是磷酸二氢铝,且(311)对应的衍射峰特别高,其他晶面的衍射峰极低,甚至没有,说明结晶体为针状形态。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
1.本发明技术以碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵作为结晶介质和晶形控制剂,有效促进了针状磷酸二氢铝结晶体的生成,且用本发明技术制备的针状磷酸二氢铝的产出率高,可达到93wt%左右,具有极高的经济和社会价值;
2.本发明技术用无水乙醇洗涤磷酸二氢铝结晶体,可有效去除残留在磷酸二氢铝结晶体上的杂质,如少量的未反应的磷酸根离子、铝离子、硝酸根离子等,因此制备的磷酸二氢铝结晶体的纯度高,基本不含杂质;
3.本发明技术用无水乙醇洗涤磷酸二氢铝结晶体,能有效去除磷酸二氢铝结晶体表面所吸附的水分,而乙醇易挥发,因此能很容易地干燥针状磷酸二氢铝,且经密封包装后,适合长途运输和长期储存。
具体实施方式
实施例1
把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水按体积比为5:3:5的比例配制成溶液;然后把硝酸铝和尿素加入到溶液中,其中硝酸铝、尿素的加入量分别是磷酸的摩尔数的1/3和3倍;在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;把溶液加热到98℃,并用搅拌器连续搅拌5小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化3小时,再进行过滤、分离,并用无水乙醇洗涤过滤产物3次,然后在60℃下干燥4小时。通过XRD分析:本发明制备的是针状磷酸二氢铝结晶体;产物照片也显示本发明制备的结晶体是针状。通过计算可知:本发明技术制备的磷酸二氢铝的产出率(实际产量除以计算得到的理论产量)是92.5wt%。
实施例2
把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水按体积比为5:3:5的比例配制成溶液;然后把硝酸铝、尿素加入到溶液中,其中硝酸铝、尿素的加入量分别是磷酸的摩尔数的1/3和5倍;在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;把溶液加热到92℃,并用搅拌器连续搅拌7小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化5小时,再进行过滤、分离,并用无水乙醇洗涤过滤产物3次,然后在70℃下干燥4小时。通过XRD分析:本发明制备的是针状磷酸二氢铝结晶体;产物照片也显示本发明制备的结晶体是针状。通过计算可知:本发明技术制备的磷酸二氢铝的产出率(实际产量除以计算得到的理论产量)是93.1wt%。
实施例3
把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水按体积比为5:3:5的比例配制成溶液;然后把硝酸铝和尿素加入到溶液中,其中硝酸铝、尿素的加入量分别是磷酸的摩尔数的1/3和6倍;在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;把溶液加热到85℃,并用搅拌器连续搅拌8小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化5小时,再进行过滤、分离,并用无水乙醇洗涤过滤产物3次,然后在80℃下干燥2小时。通过XRD分析发现:本发明技术制备的针状磷酸二氢铝晶体;通过计算可知:本发明技术制备的磷酸二氢铝的产出率(实际产量除以计算得到的理论产量)是92.7wt%。
Claims (1)
1.一种高效制备针状磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)的简单方法,其特征在于采用以下步骤:(1)把浓度为80wt%的磷酸溶液、浓度为30wt%的氨水和蒸馏水按体积比为5:3:5的比例配制成溶液;然后把硝酸铝、尿素加入到溶液中,其中硝酸铝、磷酸和尿素的摩尔比是:1:3:3~6;;(2)在溶液中加入碘(I2)粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵,并控制碘粉、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基乙基吗啉乙基硫酸铵的加入量分别是溶液质量的0.015%、0.05%、0.1%;(3)把溶液加热到85~98℃,并用搅拌器连续搅拌5~8小时;搅拌结束后,把溶液自然冷却到室温,然后静止、陈化5小时,再进行过滤、分离,并用无水乙醇洗涤产物3次,然后在60~80℃下干燥2~4小时,即制备出结晶完整的针状磷酸二氢铝。
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