专利名称：溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备纳米板状硼酸铝晶须的方法，特别是涉及一 种制备具有高的弹性模量、良好的机械强度、耐热性、耐化学药品性、 耐酸性、电绝缘性、中子吸收性能、与金属共价性的纳米板(带)状 硼酸铝晶须的生产技术。它不仅应用于绝热、耐热和耐腐材料，也可 用于热塑性树脂、热固性树脂、水泥、陶瓷和金属的补强剂。也可用 于增强金属基(铝基、镁基)、陶瓷基、塑料、玻璃、纤维、涂料等方 面。
背景技术：
到目前为止，我国的硼砂和硼酸生产规模己达到25万吨，其中 硼砂22万吨，占全国生产总规模的49%;硼酸产量3 5万吨，约占 全国的三分之一。由于市场因素，硼砂价格下跌，硼砂生产出现行业 性亏损。原因主要是，从硼化工的产品结构上讲，产品结构单一；在 硼化工产品序列上，属于初级产品，产品附加值很低。近年来，我国硼产业取得了一定的发展，但与美国等发达国家相 比，还处于起步阶段，在资源的开发利用上还存在一些比较突出的问 题。硼产品生产工艺落后，资源综合利用差。目前，丹东等地区的硼 加工产品还仅限于"两硼"等初级产品，产品附加值低，经济效益差。美国的硼深加工产品有300多种，大部分属于高新技术产品，产品的 附加值很高。如以"两硼"为原料生产的下游产品一氮化硼，是特种 陶瓷、耐高温耐腐蚀及超硬材料的重要原料，其产品市场价格在50 万元/吨左右。而其原料硼砂的市场价格目前在4000元左右。硼作为一个资源优势，应该尽快将资源优势转为产业优势及经济 优势，从而促进本地区经济的快速发展。尽快形成以"两硼"产品为 基础，以硼精、深加工产品为支柱的产业体系。发展科技含量高、产 品附加值高、经济效益好的硼精深加工产品是今后产业发展的主攻方 向。采用硼砂为原料，与硝酸铝反应，控制反应温度、反应时间、反 应物配比以及溶液PH值，经洗涤、沉化、干燥后得到干凝胶，作为 前驱体，在一定温度条件下，煅烧得到纳米板(带)状硼酸铝晶须。 产品科技含量高、附加值高、质量高，企业经济效益好，对硼行业的 发展与技术进步意义重大。发明内容本发明的目的在于提供一种利用硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝 (含九个结晶水)为原料，采用溶胶-凝胶法制备前驱体，通过煅烧 生产纳米板(带)状硼酸铝晶须的方法，用该方法制取的产品，质量 高、附加值高，经济效益显著。本发明的目的是通过以下技术方案实现的溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须的步骤是首先将硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)按一定的配比分别溶于一定 量的去离子水中，在连续搅拌的情况下，控制反应温度，把硝酸铝溶 液逐滴加到硼砂溶液中，反应一段时间后，开始抽滤。抽滤时分别用 热蒸馏水和甲醇洗涤数次，得到白色溶胶，然后干燥后即得到白色干 凝胶即前驱体。将前驱体研磨成粉末状，然后置于瓷坩埚中，放入管 式炉中在一定温度下煅烧数个小时，即可得纳米板(带)状硼酸铝晶 须。产品板(带)状硼酸铝晶须宽0.5um，长径比大于IO。硼砂(含十个结晶水)含量》95%，硝酸铝(含九个结晶水)含 量》99%。本发明的优点与效果是1. 本方法提出了一种既经济效益好，操作简便的纳米板(带)状 硼酸铝晶须生产方法，产品质量高，附加值高，能够给企业带来显著 的经济效益。2. 以硼砂(含十个结晶水)，硝酸铝(含九个结晶水)为原料， 采用。采用溶胶-凝胶法制备前驱体，通过煅烧生产纳米板(带)状 硼酸铝晶须。3.产品板(带)状硼酸铝晶须宽0.5um，长径比大于IO。
本发明的附图为工艺流程方框图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。 l.本发明的基本原理结合溶胶-凝胶生产工艺特点，采用硼砂与硝酸铝反应生成湿凝 胶，干燥后得到干凝胶。在一定温度和时间条件下，煅烧干凝胶得到 板状纳米硼酸铝晶须，生产成本低、工艺简单、对设备要求不高。采用硼砂与硝酸铝在水溶液中制备硼酸铝凝胶。通过调节溶液PH值的方法，避免氢氧化铝沉淀的生成，其反应式(1)如下 函25407 + 2m/4/(M 3)3 — w^4Z203 ."5203 + 2函+ + 6譜03一 (工)对获得的湿凝胶经过洗涤干燥后，得到干凝胶，对干凝胶煅烧得到板状纳米硼酸铝晶须，其反应式(2)如下. ￡203 — 2」/203. ￡203 ( 2 )铝盐溶于水后，由于铝离子的高电荷和小离子半径，极易水解生成多种单核配合物及多核配合物。当水溶液的PH增大到一定程度后就生成A1(0H)3沉淀。另外，铝盐水解聚合各型的分布除了与溶液的PH有关外，还与溶液浓度有关，因此，通过调节溶液的PH和控制铝溶液的浓度就可避免Al(OH)3沉淀的生成。根据硼酸铝合成热力学分析可知2A1203+B203=2A1203 BA (3) 9A1203+2B203=9A1203 2B203 (4 )2 (2A1A BA) + 5A1203=9A1203 2B203 (5)2 (9A1203 2B203) +5B203=9 (2A1203 B203) (6)2. 本发明的基本方案以硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)为原料，按 一定的固液比和配比分别溶于一定量的水溶液中，在连续搅拌的情况 下，控制反应温度，反应一段时间后，停止搅拌。用热蒸馏水和甲醇 洗涤数次，得到白色溶胶，陈化一段时间，然后干燥即得到白色干凝 胶即前驱体。将预聚体放入管式炉中分段煅烧，即得硼酸铝晶须。3. 本发明的技术方法本项目采用溶胶-凝胶法制备硼酸铝晶须，采用煅烧法得到硼酸 铝晶须。溶胶-凝胶法由于其生产成本低、工艺简单等特点，成为当 今制备纳米材料的比较常用的一种方法。4. 本发明的实施例硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)反应配比(B/A1) 取3: 1 8:1、蒸馏水的量350ml、将Al (N03) 3溶液以5s/滴的速度加 入硼砂水液中、搅拌速率为700rpm、反应温度83t:、反应时间3 8h、 将获得的溶胶-凝胶用热蒸馏水1000ml和甲醇500ml洗涤数次，得到白 色溶胶，然后干燥10 18个小时后即得到白色干凝胶即前驱体。将前驱体研磨成粉末状，然后置于瓷坩埚中，放入管式炉中，在 600 1000度温度范围内煅烧，煅烧时间为3 5小时的条件下，得到 纳米板(带)状硼酸铝晶须，宽为0.5um，长宽比达10倍以上。
权利要求
1.溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须的方法，其特征在于溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须的步骤是首先将硝酸铝溶液逐滴滴加到硼砂溶液中，然后将溶液抽滤、并用热蒸馏水和甲醇分别洗涤数次，得到白色溶胶，干燥后即得到白色干凝胶即前驱体；然后将前驱体研磨成粉末状，放入管式炉中煅烧，得到板状硼酸铝晶须。
2. 根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须 的方法，其特征在于产品的板状硼酸铝晶须宽0.5um，长径比大于 10。
3. 根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须 的方法，其特征在于所述硼砂为含十个结晶水、硝酸铝含九个结晶水， 并满足以下重量百分比含量硼砂(含十个结晶水)含量》95%，， 硝酸铝(含九个结晶水)含量》99%。
4. 根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米板状硼酸铝晶须 的方法，其特征在于该方法在工艺过程中采用了通用的溶胶-凝胶法 制备前驱体，然后煅烧得到板状硼酸铝晶须。
全文摘要
溶胶前驱体制备纳米板(带)状硼酸铝晶须的方法，涉及一种制取纳米板(带)状硼酸铝晶须的方法，采用硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)作为原料，按一定的配比分别溶于一定量的去离子水中，在连续搅拌的情况下，控制反应温度，把硝酸铝溶液逐滴滴加到硼砂溶液中，反应一段时间后，开始抽滤。抽滤时分别用热蒸馏水和甲醇洗涤数次，得到白色溶胶，干燥后即得到白色干凝胶即前驱体。将前驱体研磨成粉末状，然后置于瓷坩埚中，放入管式炉中，在一定温度下煅烧，即可得板(带)状硼酸铝晶须。用该方法制取的产品，质量高、附加值高，经济效益显著。
文档编号C01B35/00GK101323979SQ20081001231
公开日2008年12月17日 申请日期2008年7月15日 优先权日2008年7月15日
发明者宁志高, 王国胜, 阎群英 申请人:沈阳化工学院