一种高纯勃姆石和多孔γ-氧化铝纳米粉体的制备方法与流程

一种高纯勃姆石和多孔
γ
‑
氧化铝纳米粉体的制备方法
技术领域
1.本发明涉及纳米粉体制备技术领域，特别是涉及一种高纯勃姆石和多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的制备方法。


背景技术：

2.近年来，鉴于纳米氧化铝粉体在化工、陶瓷、电池等行业拥有广泛的应用前景，如何制备高分散的纳米氧化铝粉体备受关注。目前，在实际生产过程中制备多种铝前驱体的方法有凝胶
‑
溶胶法、沉淀法、醇盐水解法等。然而，在凝胶
‑
溶胶法制备前驱体的过程中对设备要求较高，且原料昂贵、不易储存等问题限制了该方法的推广。使用沉淀法则会不可控的造成粒径大小不均一等问题。醇盐水解法则是一种利用金属醇盐易溶于有机溶剂，遇水易分解成相应氧化物或者水合氧化物等特点制备氧化铝的方法，虽然该方法可通用于超细粉体的制备，但过高的生产成本限制了大规模应用。
3.经调查，采用水热反应和高温煅烧技术制备纳米氧化铝粉体材料是较为常用的方法。青海圣诺光电科技有限公司采用高纯铝粉水解法制备氢氧化铝。然而，受限于铝粉较为活泼的性质，采用该方法制备氢氧化铝前驱体的过程中存在粒径增长不可控、结晶过快、分散性差等问题。此外，通过该方法制备氢氧化铝时只能得到alooh与al(oh)3的混合物，在经高温焙烧后混合物易发生团聚从而导致材料形貌和粒径大小不可控、不易获得单一晶型氧化铝。因此，如何在后期采用焙烧法成功制备具有结晶结构、成分单一、高分散氧化铝纳米粉体成为当下研究热点之一。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高纯勃姆石和多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的制备方法，本发明通过优化条件制备了具有单一晶型的氧化铝粉体，进而在一定程度上缓解了经高温焙烧后氧化铝易团聚、形貌和粒径大小不可控的难题，推进了高纯勃姆石和多孔氧化铝的工业化。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明目的之一是提供一种高纯勃姆石的制备方法，包括以下步骤：将异丙醇铝加入水中搅拌，再加入高纯铝粉水解生成的氢氧化铝搅拌，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中进行水热反应，经离心、洗涤、干燥和粉碎，得到高纯勃姆石。
7.进一步地，所述异丙醇铝、氢氧化铝与水的质量体积比为(5～20)g:30g:100ml。
8.进一步地，所述异丙醇铝加入水中搅拌为室温下搅拌3h；所述加入氢氧化铝搅拌为室温下搅拌1h。
9.进一步地，所述水热反应为170℃下反应9h。
10.进一步地，所述洗涤为先用去离子水洗涤至中性，再用无水乙醇洗涤1～2次。
11.进一步地，所述干燥是在真空干燥箱中将沉淀物烘干，温度为60℃，烘干后冷却至室温；所述粉碎是用研钵研磨，粉碎的粒径要求为过100目筛时，筛上物质的质量百分率小
于等于5％。
12.本发明目的之二是提供一种所述的制备方法制备得到的高纯勃姆石。
13.本发明目的之三是提供一种多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的制备方法，包括以下步骤：将所述的高纯勃姆石进行焙烧处理，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
14.进一步地，所述焙烧处理是在马弗炉中进行，焙烧温度为430～700℃，时间为2h。
15.本发明目的之四是提供一种所述的制备方法制备得到的多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
16.本发明公开了以下技术效果：
17.本发明通过异丙醇铝的水热反应，并添加高纯铝粉水解生成的氢氧化铝，制备出粒度分布均匀的勃姆石前驱体，勃姆石再经焙烧获得纳米氧化铝粉，在一定程度上缓解了高纯铝粉水解生成的氢氧化铝经高温焙烧后制备的氧化铝易团聚、形貌和粒径大小不可控的难题，降低了粉末团聚效应。本发明添加异丙醇铝进行水热反应，通过严格控制异丙醇铝的添加量以及水热反应的温度和时间，使得反应产物勃姆石alooh具有良好的晶型结构、纯度、形貌和分散性；马弗炉低温焙烧，温度严格控制在430～700℃的范围内，可有效控制勃姆石alooh晶体长大，焙烧后得到的γ
‑
al2o3形貌与勃姆石粉体基本保持一致，并未发生较大改变，粉体分散性良好。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为实施例1中高纯勃姆石的xrd图；
20.图2为实施例1中高纯勃姆石的sem图；
21.图3为实施例1中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的xrd图；
22.图4为实施例1中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的sem图；
23.图5为实施例1中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的氮气吸附
‑
脱附图；
24.图6为实施例1中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的孔径分布图；
25.图7为实施例2中高纯勃姆石的xrd图；
26.图8为实施例2中高纯勃姆石的sem图；
27.图9为实施例3中高纯勃姆石的xrd图；
28.图10为实施例3中高纯勃姆石的sem图；
29.图11为实施例4中高纯勃姆石的xrd图；
30.图12为实施例4中高纯勃姆石的sem图；
31.图13为实施例5中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的xrd图；
32.图14为实施例5中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的sem图；
33.图15为实施例5中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的孔径分布图；
34.图16为实施例6中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的xrd图；
35.图17为实施例6中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的sem图；
36.图18为实施例6中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的孔径分布图；
37.图19为实施例7中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的xrd图；
38.图20为实施例7中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的sem图；
39.图21为实施例7中多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体的孔径分布图。
具体实施方式
40.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
41.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
42.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
43.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
44.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
45.本发明所指的室温即为室内温度，是为本领域技术人员所熟知的，在此不再赘述；尤其需要指出的是，在本发明中所指的室温为25℃。
46.以下实施例中异丙醇铝为商购产品，纯度为分析纯；
47.氢氧化铝为商购产品(青海圣诺有限公司生产的高纯氢氧化铝粉体)，该氢氧化铝粉体为高纯铝粉水解生成，纯度为99.99％以上，粒度分布为d10＝2.837μm、d50＝9.472μm、d90＝44.273μm。
48.实施例1
49.将5g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤1次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在430℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
50.将本实施例的高纯勃姆石进行x射线衍射(简称xrd)和扫描电子显微镜(简称sem)测试，其xrd图和sem图分别见图1和图2。将本实施例的多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体进行xrd、sem、氮气吸附
‑
脱附、孔径分布测试，其xrd图和sem图分别见图3和图4，氮气吸附
‑
脱附和孔径分布图分别见图5和图6。
51.如图1所示，由于在2θ＝14.5
°
，28.2
°
，38.3
°
，45.8
°
，48.9
°
，51.6
°
，55.2
°
，60.6
°
，64.0
°
，66.1
°
，68.5
°
，72.55处出现了代表斜方晶系勃姆石γ
‑
alooh的(jcpds card no.:83
‑
2384)(020)，(120)，(031)，(131)，(051)，(220)，(151)，(080)，(231)，(180)，(260)，(122)晶面的衍射峰，由此可证明经过该法制备的样品中是γ
‑
alooh。
52.如图2所示，采用该法制备的勃姆石粉体具有非常好的分散性，并且勃姆石粉体呈现100～200nm的规则长方体或正方体形貌和颗粒尺寸大约40nm的片层形貌。
53.如图3所示，马弗炉430℃焙烧后由于在2θ＝19.4
°
，32.0
°
，37.7
°
，39.4
°
，45.8
°
，60.8
°
，66.8
°
，79.4
°
处出现了代表立方晶系氧化铝γ
‑
al2o3的(jcpds cardno.:79
‑
1558)(111)，(220)，(311)，(222)，(400)，(511)，(440)，(535)晶面的衍射峰，由此可证明经过该法制备的样品中是γ
‑
al2o3。
54.如图4所示，马弗炉430℃焙烧后γ
‑
al2o3形貌与勃姆石粉体基本保持一致，并未发生较大改变，粉体分散性良好。
55.如图5所示，马弗炉430℃焙烧后的γ
‑
al2o3为介孔材料，从图6中可以看到孔径主要分布在5、11、15、25nm左右。
56.实施例2
57.将10g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在430℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
58.将本实施例的高纯勃姆石进行xrd和sem测试，其xrd图和sem图分别见图7和图8。
59.如图7所示，由于在2θ＝14.5
°
，28.2
°
，38.3
°
，45.8
°
，48.9
°
，51.6
°
，55.2
°
，60.6
°
，64.0
°
，66.1
°
，68.5
°
，72.5
°
处出现了代表斜方晶系勃姆石γ
‑
alooh的(jcpds cardno.:83
‑
2384)(020)，(120)，(031)，(131)，(051)，(220)，(151)，(080)，(231)，(180)，(260)，(122)晶面的衍射峰，由此可证明经过该法制备的样品中是γ
‑
alooh。
60.如图8所示，增加异丙醇铝的添加量后，200nm左右的规则长方体或正方体形貌颗粒减少，基本呈现50nm左右的片层形貌。
61.实施例3
62.将15g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在430℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
63.将本实施例的高纯勃姆石进行xrd和sem测试，其xrd图和sem图分别见图9和图10。
64.如图9所示，由于在2θ＝14.5
°
，28.2
°
，38.3
°
，45.8
°
，48.9
°
，51.6
°
，55.2
°
，60.6
°
，64.0
°
，66.1
°
，68.5
°
，72.5
°
处出现了代表斜方晶系勃姆石γ
‑
alooh的(jcpds cardno.:83
‑
2384)(020)，(120)，(031)，(131)，(051)，(220)，(151)，(080)，(231)，(180)，(260)，(122)晶面的衍射峰，由此可证明经过该法制备的样品中是γ
‑
alooh。
65.如图10所示，继续增加异丙醇铝的添加量，规则长方体或正方体形貌颗粒减少，片
层形貌颗粒增加。
66.实施例4
67.将20g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粒径粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在430℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
68.将本实施例的高纯勃姆石进行xrd和sem测试，其xrd图和sem图分别见图11和图12。
69.如图11所示，由于在2θ＝14.5
°
，28.2
°
，38.3
°
，45.8
°
，48.9
°
，51.6
°
，55.2
°
，60.6
°
，64.0
°
，66.1
°
，68.5
°
，72.5
°
处出现了代表斜方晶系勃姆石γ
‑
alooh的(jcpds cardno.:83
‑
2384)(020)，(120)，(031)，(131)，(051)，(220)，(151)，(080)，(231)，(180)，(260)，(122)晶面的衍射峰，由此可证明经过该法制备的样品中是γ
‑
alooh。
70.如图12所示，继续增加异丙醇铝的添加量，规则长方体或正方体形貌颗粒减少，片层形貌颗粒增加。
71.实施例5
72.将5g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在500℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
73.将本实施例中500℃焙烧后产物进行xrd、sem、孔径分布测试，xrd图见图13，sem图见图14，孔径分布图见图15。
74.如图13所示，马弗炉500℃焙烧后由于在2θ＝19.4
°
，32.0
°
，37.7
°
，39.4
°
，45.8
°
，60.8
°
，66.8
°
，79.4
°
处出现了代表立方晶系氧化铝γ
‑
al2o3的(jcpds cardno.:79
‑
1558)(111)，(220)，(311)，(222)，(400)，(511)，(440)，(535)晶面的衍射峰，该法制备的样品仍是γ
‑
al2o3。
75.从图14中可以看出，γ
‑
al2o3粉体分散性良好，形貌与勃姆石粉体基本保持一致，晶粒并未发生明显长大。规则正方体颗粒表面可以看到明显的微孔。如图15所示，孔径主要分布在6nm左右。
76.实施例6
77.将5g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在600℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
78.将本实施例中600℃焙烧后产物进行xrd、sem、孔径分布测试，xrd图见图16，sem图见图17，孔径分布图见图18。
79.如图16所示，马弗炉600℃焙烧后由于在2θ＝19.4
°
，32.0
°
，37.7
°
，39.4
°
，45.8
°
，
60.8
°
，66.8
°
，79.4
°
处出现了代表立方晶系氧化铝γ
‑
al2o3的(jcpds cardno.:79
‑
1558)(111)，(220)，(311)，(222)，(400)，(511)，(440)，(535)晶面的衍射峰，该法制备的样品仍是γ
‑
al2o3，无杂峰出现。
80.从图17中可以看出，γ
‑
al2o3粉体分散性良好，规则正方体形貌晶粒尺寸大约为300nm，颗粒表面微孔明显。如图18所示，孔径主要分布在5nm左右。
81.实施例7
82.将5g异丙醇铝加入到100ml水中，室温下搅拌3h，再加入30g氢氧化铝，室温下搅拌1h，得到混合体系；将所述混合体系加入到反应釜中，170℃下水热反应9h，将产物离心，用去离子水洗涤至中性(ph为7)，再用无水乙醇洗涤2次，沉淀物在60℃下干燥，冷却至室温，用研钵研磨至粉体过100目筛时，筛上物质的质量百分率小于等于5％，取筛下物得到高纯勃姆石。将高纯勃姆石在700℃下焙烧2h，得到多孔γ
‑
氧化铝纳米粉体。
83.将本实施例中700℃焙烧后产物进行xrd、sem、孔径分布测试，xrd图见图19、sem图见图20、孔径分布图见图21。
84.如图19所示，马弗炉700℃焙烧后由于在2θ＝19.4
°
，32.0
°
，37.7
°
，39.4
°
，45.8
°
，60.8
°
，66.8
°
，79.4
°
处出现了代表立方晶系氧化铝γ
‑
al2o3的(jcpds cardno.:79
‑
1558)(111)，(220)，(311)，(222)，(400)，(511)，(440)，(535)晶面的衍射峰，该法制备的样品仍是γ
‑
al2o3，无杂峰出现。
85.从图20中可以看出，当温度继续增加到700℃时，γ
‑
al2o3粉体依然表现出良好的分散性，晶粒并未发生明显长大，大颗粒尺寸保持在300nm左右，存在较多片层形貌颗粒。如图21所示，孔径主要分布在2、6nm左右。
86.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。