专利名称：与合成氨厂生产相结合的纳米氧化铝粉体的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种与合成氨厂生产相结合的纳米氧化铝粉体的制备方法，属化学化工生产技术领域。
背景技术：
纳米氧化铝粉体是有重要应用价值和发展前景的纳米材料。纳米氧化铝粉体可用作催化剂和催化载体，是石油炼制和石油化工中的主要催化剂和载体；可用于陶瓷、橡胶的增韧补强，并可提高陶瓷的致密性、耐冷热疲劳和断裂韧性；它电阻率高，具有良好的绝缘性能，用于制造集成电路基极；它也是性能优异的远红外发射材料，可用于高压钠灯中；也是一种优良的保温材料应用于化纤产品中。
纳米氧化铝粉体的传统制备方法为溶胶—凝胶法，其一般步骤为将有机铝盐溶解于有机溶剂中，形成均匀溶液，然后逐滴加入蒸馏水，经过水解，聚合形成溶胶，然后陈化转变为凝胶；凝胶在抽真空的情况下低温干燥、磨细，可得氢氧化铝超细粉，再经煅烧即得氧化铝纳米粉。
目前国内外大规模制备纳米氧化铝粉体的原料为价格昂贵的醇盐或较贵的纯铝盐，如氯化铝、硝酸铝等，其成本高，致使纳米氧化铝价格居高不下，严重限制了它的应用和产业化进程。
发明内容
本发明的目的是提供一种与合成氨厂生产相结合，利用合成氨厂生产中产生的二氧化碳气、氨水、碳铵母液或碳酸氢铵，同时利用工业废料铝合金车屑为原料，来制备纳米氧化铝粉体的方法。
本发明是一种与合成氨厂生产相结合的纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.首先按铝含量与硫酸氢铵摩尔比1∶3～1∶6称取废铝车屑，分多次酌量加入硫酸氢铵的饱和溶液中，使其充分反应；此反应过程生成的氢气导入合成氨生产流程中；b.将上述反应溶液过夜，取滤液，将滤液加热浓缩；重结晶3～5次，所得产物在50～70℃烘干2～6小时，得纯度为99.9％以上的硫酸铝铵晶体；
c.将所得硫酸铝铵晶体配制成0.1～0.5mol/L的溶液，同时配制浓度为1～5mol/L的碳酸氢铵液溶，并向碳酸氢铵溶液中溶入1～5％的聚乙二醇作分散剂，其聚合度为1000或2000；此过程中的碳酸氢铵溶液浓度可以通过补加合成氨厂产生的碳铵母液或碳酸氢铵来调节；d.将上述硫酸铝铵溶液，通过喷洒加入到其8～15倍体积的碳酸氢铵溶液中，同时快速搅拌，将所得沉淀过滤，并洗涤多次，即得碱式碳酸铝铵；此反应同时产生的副产物硫酸铵可加热分解生成硫酸氢铵和氨气；将硫酸氢铵返回送至上述开始时的硫酸氢铵饱和溶液中，以重复循环利用，而氨气则导入合成氨生产流程中；e.将所得碱式碳酸铝铵在80～120℃下干燥4～8小时，再在1050～1200℃温度下灼烧1～3小时，即得粒径为20～50nm的纳米氧化铝粉体；碱式碳酸铝铵加热分解，产生大量氨气和二氧化碳，二者用合成氨厂产生的废氨水吸收，制备成碳酸氢铵，并将其返回送至上述第三步骤中配制的碳酸氢铵溶液中，以循环再利用。
上述制备过程中，其主反应的过程如下
制备过程中所用的硫酸氢铵原料可以从市场上购得，也可以由硫酸铵加热分解制备而得。
本发明方法的特点是利用合成氨厂现有的设备和流程，利用合成氨厂产生的废液废气，利用其产生的二氧化碳气、废氨水、碳铵母液或碳酸氢铵为原料；同时所用的含铝原料为工业废料铝合金车屑；故本发明方法的纳米氧化铝粉体制备流程与现有的合成氨生产流程有机结合起来，充分发挥了资源综合利用的优势，而且所得纳米氧化铝成本将远低于现有氧化铝纳米粉制备成本。
图1为本发明制备纳米氧化铝粉体的工艺流程图。
具体实施例方式
现就结合具体的实施例加以说明。
实施例1参见图1的工艺流程图，该工艺流程图可简要描述如下将废铝车屑加入到硫酸氢铵的饱和溶液中，使其充分反应，经过滤、重结晶得铵明矾，将铵明矾配成溶液与加有分散剂聚乙二醇的碳酸氢铵溶液反应，得碱式碳酸铝铵，经烘干、煅烧，即得纳米氧化铝粉。其中硫酸氢铵可循环利用；产生的氢气可以送到合成氨流程中；二氧化碳和氨气可以被废氨水吸收制成碳酸氢铵而再被利用。合成氨厂生产过程中产生的二氧化碳气、废氨水、碳铵母液或碳酸氢铵都可作为原料而被利用。
本实施例以年产纳米氧化铝粉20T为例，其生产过程和步骤如下(1)、称取含有90％铝的废铝车屑47kg，称取硫酸氢铵450kg，并将其配制成饱和溶液，将上述含铝废铝车屑以少量多次方式缓慢加入到硫酸氢铵饱和溶液中，待废铝车屑全部加完后，加热使其继续反应，反应时间为45分钟。此反应过程生成的氢气约1567mol可导入合成氨生产流程中。
(2)、将上述反应溶液进行过滤，取滤液，将所得滤液加热浓缩并放置过夜，使其析出晶体；将得到的硫酸铝铵晶体取出，再溶解、再加热浓缩，再次放置过夜使其析出晶体，如此反复重结晶4次，将得到硫酸铝铵晶体碾碎，在65℃烘干4小时，得到高纯度的硫酸铝铵。
(3)、称取上述制得的酸铝铵配制成浓度为0.2mol/L的溶液，同时另配制浓度为2mol/L的碳酸氢铵液溶；并称取分子量为2000的聚乙二醇1kg溶入碳酸氢铵溶液中。此过程中的碳酸氢铵溶液浓度可以通过补加合成氨厂产生的碳铵母液或碳酸氢铵来调节。
(4)、将上述硫酸铝铵溶液喷洒到上述的碳酸氢铵溶液中，同时快速搅拌，反应结束后进行过滤；将所得沉淀物用水洗涤多次，即得碱式碳酸铝铵。此反应同时产生的副产物硫酸铵存在于滤液中，需将其结晶析出，再加热分解生成硫酸氢铵和氨气；硫酸氢铵送至开始时的步骤1中循环再利用，氨气则导入到合成氨生产流程中。
(5)、将上述所得的碱式碳酸铝铵在105℃下恒温干燥6小时后，于1150℃灼烧1.5小时；随后随炉自然冷却，最终即得粒径在20nm左右的α-Al2O3粉体。将碱式碳酸铝铵加热分解产生大量氨气和二氧化碳，二者用合成氨厂产生的废氨水吸收制备成碳酸氢铵，并送至步骤3中循环再利用。
本实施例中的原料硫酸氢铵可从市场上购得，也可由硫酸铵加热分解制备而得。
权利要求
1.一种与合成氨厂生产相结合的纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤a.首先按铝含量与硫酸氢铵摩尔比1∶3～1∶6称取废铝车屑，分多次酌量加入硫酸氢铵的饱和溶液中，使其充分反应；此反应过程生成的氢气导入合成氨生产流程中；b.将上述反应溶液过滤，取滤液，将滤液加热浓缩；重结晶3～5次，所得产物在50～70℃烘干2～6小时，得纯度为99.9％以上的硫酸铝铵晶体；c.将所得硫酸铝铵晶体配制成0.1～0.5mol/L的溶液，同时配制浓度为1～5mol/L的碳酸氢铵液溶，并向碳酸氢铵溶液中溶入1～5％的聚乙二醇作分散剂，其聚合度为1000或2000；此过程中的碳酸氢铵溶液浓度可以通过补加合成氨厂产生的碳铵母液或碳酸氢铵来调节；d.将上述硫酸铝铵溶液，通过喷洒加入到其8～15倍体积的碳酸氢铵溶液中，同时快速搅拌，将所得沉淀过滤，并洗涤多次，即得碱式碳酸铝铵；此反应同时产生的副产物硫酸铵可加热分解生成硫酸氢铵和氨气；将硫酸氢铵返回送至上述开始时的硫酸氢铵饱和溶液中，以重复循环利用，而氨气则导入合成氨生产流程中；e.将所得碱式碳酸铝铵在80～120℃下干燥4～8小时，再在1050～1200℃温度下灼烧1～3小时，即得粒径为20～50nm的纳米氧化铝粉体；碱式碳酸铝铵加热分解，产生大量氨气和二氧化碳，二者用合成氨厂产生的废氨水吸收，制备成碳酸氢铵，并将其返回送至上述第三步骤中配制的碳酸氢铵溶液中，以循环再利用。
全文摘要
本发明涉及一种与合成氨厂生产相结合的纳米氧化铝粉体的制备方法。属化学化工生产技术领域。本发明方法的制备过程如下将废铝车屑加入到硫酸氢铵的饱和溶液中，使其充分反应，经过滤、重结晶得铵明矾，将铵明矾配成溶液与碳酸氢铵溶液反应，得碱式碳酸铝铵，经烘干、煅烧即得纳米氧化铝粉。其中硫酸氢铵可循环再利用，产生的氢气可送至合成氨流程中，二氧化碳和氨气可被废氨水吸收制成碳酸氢铵而循环再利用。合成氨厂生产过程中产生的二氧化碳、废氨水、碳铵母液或碳酸氢铵都为本发明方法的原料而被利用。本发明方法使纳米氧化铝制备流程与现有的合成氨生产流程有机结合起来，充分发挥了资源的综合利用。
文档编号C01F7/30GK1775687SQ200510111329
公开日2006年5月24日 申请日期2005年12月9日 优先权日2005年12月9日
发明者张良苗, 陆文聪, 徐占锋, 陈念贻 申请人:上海大学, 上海谐尔纳米科技有限公司