納米晶粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無機材料制備領域，涉及一種片狀Y -Al2O3納米晶粒及其制備方法。
【背景技術】
[0002]氧化鋁作為一種重要的無機功能材料，在石油化工、催化、吸附以及陶瓷增韌材料等方面得以廣泛使用。納米材料因其形狀的特殊性而具有優(yōu)異的物理、化學特性。各種形態(tài)的納米氧化鋁材料的制備方法包括化學氣相沉積法、熱解法、水(溶劑)熱法以及硬模板法等。作為納米材料的形態(tài)中的一種，薄片狀的氧化鋁納米材料的制備目前已引起了研究者很大的關注。
[0003]文獻“氧化鋁納米片的氣相合成及其力學性能”(《粉末冶金材料科學與工程》，2011年，16 (6))中，采用Al片和S12粉末為原料，以H2為保護氣氛，通過氣相沉積方法合成了 C1-Al2O3納米片。該氣相法合成中，需要較為復雜的設備和苛刻的實驗條件，多數(shù)不適于規(guī)模化制備。因此，開發(fā)條件溫和、設備簡單、適宜規(guī)模化生產的納米材料的制備技術仍是材料科學領域面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。
[0004]CN101941728A公開了一種片狀氧化鋁的制備方法，涉及一種用于珠光顏料的片狀Al2O3的制備。該方法在制備過程采用氫氧化鋁為原料，加硫酸鈉做合成介質，乙醇做活化、分散劑，經高溫煅燒獲得片狀氧化鋁粉體。該方法需要加入有機介質活化，同時合成步驟較為繁瑣，所得晶型為C1-Al2O3，而且從實施例的數(shù)據(jù)可以看出其晶粒尺寸達到10-20 μπι，顆粒較大。
[0005]CN 101691302Α則通過熔鹽法制備了片狀C1-Al2O3顆粒。該發(fā)明主要特點在于以工業(yè)級鋁酸鈉為原料制備α -氧化鋁前驅體，通過熔鹽法制備粒徑在2-18 μ m片狀Q-Al2O30該方法所得粒徑較大，而且熔鹽球磨過程能耗較大，目標產物與熔鹽的分離也存在問題。
[0006]CN 1911809A提供了一種用于造紙、橡塑制品的填料的片狀氫氧化鋁的制備方法，其制備過程是在鋁酸鈉溶液中添加多元醇類。將含有多元醇的鋁酸鈉溶液加超細的氫氧化鋁凝膠晶種分解或含多元醇的鋁酸鈉溶液自分解；控制晶種添加量、分解反應溫度、分解時間及鋁酸鈉溶液濃度、溶液苛性比等參數(shù)，在反應后經過液固分離、洗滌、干燥后制備出不同粒徑的片狀的氫氧化鋁微粉。該方法需要添加有機物質，步驟較為繁瑣，從實施例看，產物顆粒較大。
[0007]由上述制備片狀Al2O3的專利方法可以看出，得到的片狀Al2O3用途一般為顏料、陶瓷、填料等領域，晶粒尺寸較大，晶型一般為a - Al2O30這種形態(tài)的氧化鋁的比表面積小、反應活性低，與片狀Y-Al2O3相比，在石油化工、催化、吸附、過濾等領域應用較少。

【發(fā)明內容】

[0008]針對現(xiàn)有制備片狀Al2O3技術中的問題，本發(fā)明提供了一種片狀Y-Al2O3納米晶粒及其制備方法。
[0009]本發(fā)明的片狀Y -Al2O3納米晶粒的性質如下:比表面積為110_200m2/g，顆粒尺寸為 15_50nm,厚度為 5-lOnm。
[0010]本發(fā)明的片狀Y -Al2O3納米晶粒的制備方法，包括如下內容:
(1)在攪拌和超聲分散共同作用下，將一定濃度的堿性溶液與無機鋁鹽溶液混合均勻；
(2)將步驟(I)的混合物轉移到密閉體系中，于180-250°C水熱反應3-36小時；
(3)反應結束后，將反應物反復固-液分離洗滌，干燥后，在450-750°C高溫焙燒2-8小時，得到片狀Y-Al2O3納米晶粒。
[0011]步驟(I)所述的超聲分散，其作用參數(shù)為:超聲分散的能量密度為0.2-4kW/L，作用時間是伴隨步驟(I)整個過程。攪拌過程應盡可能劇烈以使混合物充分混合、分散。
[0012]步驟(I)中所述的無機鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁和硫酸鋁，優(yōu)選為硝酸鋁。所述的堿性溶液中的堿性物質為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰，優(yōu)選為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀。
[0013]步驟(I)中所述的無機鋁鹽和堿性溶液是指相應物質的水溶液。兩者的濃度為0.1-2.0moI/L,優(yōu)選為0.5-1.0moI/L ;兩者的物質的量的比例關系滿足0H_ /Al3+=3.0-4.5o
[0014]步驟(2)中，所述的密閉體系，反應壓力為密閉情況下的自生壓力。
[0015]步驟(2)中，水熱反應條件優(yōu)選為190_220°C下水熱處理6_24小時。
[0016]步驟(3)中，所述的洗滌介質為水、乙醇或其任意比例的混合物，優(yōu)選為蒸餾水。通過固液分離的方式去除產物中的各種雜質，包括鉀離子，鈉離子，氯離子，硝酸根，硫酸根離子，氫氧根離子等。
[0017]本發(fā)明采用的原料廉價，水熱制備過程簡單易行，不需要特殊設備及工藝。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備的片狀氧化鋁納米晶粒比表面積為110-200 m2/g，顆粒尺寸可達到納米級別。這種納米片狀Y-Al2O3具有較高的比表面積，可用于催化劑、吸附分離等石油化工過程。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實施例1所制備的片狀Y -Al2O3納米晶粒的透射電鏡圖像。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1所制備的片狀Y -Al2O3納米晶粒的XRD譜圖。
【具體實施方式】
[0020]下面通過實施例對本發(fā)明方法加以詳細的說明。片狀Y-Al2O3納米晶粒尺寸通過透射電鏡圖像測量，晶型采用X射線衍射表征，比表面積采用低溫氮氣物理吸附測試。
[0021]實施例1
配制1ml的0.2mol/L的硝酸鋁溶液和30ml的0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，然后在0.5KW/L的超聲及激烈攪拌條件下，將氫氧化鈉溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。將混合物在190°C水熱條件下密閉保持24小時。然后冷卻到室溫，將產物用蒸餾水反復分離洗滌數(shù)次以去除含有的雜質離子，干燥后，在550°C下焙燒7小時，得到片狀Y-Al2O3納米晶粒，其長度為10-26nm，厚度為5-8nm。所述氧化鋁納米粒子經粉末X光衍射表征為Y-Al2O3,比表面積為167m2/g。
[0022]實施例2
配制1ml的0.2mol/L的硝酸鋁溶液和35ml的0.2mol/L的氫氧化鋰溶液，然后在
0.5KW/L的超聲及攪拌作用下，將氫氧化鈉溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。將混合物在200°C水熱條件下密閉保持16小時。然后冷卻到室溫，將產物用蒸餾水反復分離洗滌數(shù)次以去除含有的雜質離子，干燥后，在550°C下焙燒5小時，得到片狀Y-Al2O3納米晶粒，其長度為30-50nm，厚度為5_10nm。所述氧化鋁納米粒子經粉末X光衍射表征為Y -Al2O3,比表面積為133m2/g。
[0023]實施例3
配制1ml的lmol/L的硝酸鋁溶液和43ml的lmol/L的氫氧化鈉溶液，然后在4KW/L的超聲和攪拌下，將氫氧化鈉溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。將混合物在220°C水熱條件下密閉保持6小時。然后冷卻到室溫，將產物用蒸餾水反復分離洗滌數(shù)次以去除含有的雜質離子，干燥后，650°C下焙燒3小時，得到片狀Y-Al2O3納米晶粒，其長度為25-40nm，厚度為7-10nm。所述氧化鋁納米粒子經粉末X光衍射表征為Y-Al2O3，比表面積為125m2/g。
【主權項】
1.一種片狀Y -Al2O3納米晶粒，其特征在于:Y -Al2O3納米晶粒的比表面積為110-200m2/g，顆粒尺寸為 15-50nm，厚度為 5-lOnm。
2.權利要求1所述的片狀Y-Al2O3納米晶粒的制備方法，其特征在于包括如下內容:(I)在攪拌和超聲分散共同作用下，將堿性溶液與無機鋁鹽溶液混合均勻；(2)將步驟(I)的混合物轉移到密閉體系中，于180-250°C水熱反應3-36小時；(3)反應結束后，將反應物反復固-液分離洗滌，干燥后，在450-750°C高溫焙燒2-8小時，得到片狀Y-Al2O3納米晶粒。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的超聲分散作用參數(shù)為:超聲分散的能量密度為0.2-4kW/L，作用時間是伴隨步驟(I)整個過程。
4.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的無機鋁鹽為硝酸鋁、氯化招和硫Ife招中一種或幾種。
5.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的堿性溶液中的堿性物質為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰中一種或幾種。
6.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的無機鋁鹽溶液的濃度為0.1-2.0mol/L。
7.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的堿性溶液的濃度均為0.1-2.0mol/L。
8.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:無機鋁鹽溶液和堿性溶液的物質的量的比例關系滿足0H— /Al3+ =3.0-4.5。
9.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)所述的水熱反應條件為190-220°C下水熱處理6-24小時。
10.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(3)所述的洗滌介質為水、乙醇或其任意比例的混合物。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種片狀γ-Al2O3納米晶粒及其制備方法。本發(fā)明的片狀納米γ-Al2O3晶粒是通過將一定濃度的無機鋁鹽溶液與堿性溶液混合后在水熱條件下制備而得。水熱產物經焙燒之后，晶型為γ-Al2O3，比表面積為110-200m2/g，顆粒尺寸為15-50nm，厚度為5-10nm。與現(xiàn)有技術中片狀Al2O3顆粒的制備方法相比，原料價格低廉，制備工藝簡單易行，產物顆粒為納米級尺寸，比表面積較高，可用于催化劑、吸附分離等石油化工過程。
【IPC分類】B82Y40-00, C01F7-02
【公開號】CN104556161
【申請?zhí)枴緾N201310495738
【發(fā)明人】楊衛(wèi)亞, 凌鳳香, 王少軍, 沈智奇, 郭長友, 季洪海, 王麗華, 孫萬付
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月22日