珊瑚状纳米α-Al₂O₃的快速制备方法

专利名称：珊瑚状纳米α-Al₂O₃的快速制备方法
技术领域：
本发明涉及一种珊瑚状纳米a -Al203的快速制备方法，属于无机纳米材 料制备领域。
背景技术：
纳米a-Al203由于具有良好的耐磨性、抗腐蚀性、光学稳定性、电学性、 紫外吸收性、催化性以及良好的生物相容性，在耐磨、绝缘、阻燃、隔音、 催化、精细陶瓷、微电子元件等领域具有特殊的用途，成为一种应用较广、 需求迫切的纳米材料。尺寸和形貌控制一直是纳米材料制备领域关注的焦点，如何通过工艺条 件的改善完成尺寸控制的同时，赋予介观尺寸的纳米材料特殊的形貌始终是 材料研究者追逐的目标。目前纳米氧化铝制备过程中存在着晶型、大小和形貌难以控制等问题， 制约着纳米氧化铝的应用及发展，尤其是a 41203的尺寸和形貌控制，因为 a 41203的形成一般要在1200X:的髙温，在此温度下较难控制尺寸的长大以 及特殊的形貌。虽然文献上有关制备a 41203的方法很多，有硫酸铝铵热解 法、氯乙醇法、改良拜尔法、激光诱导气相沉积法、等离子气相合成法、醇 盐水解法、喷雾干燥法、溶胶-凝胶法、模板介入法等等，但采用这些方法一 般生成的是球形和类球形的微观形态。近几年来各种微观形态纳米a-Al203 的制备引起了研究者的关注，文献报道已有关于多孔状、纤维状、片状纳米 a-Al203的合成，如文献[材料科学与工程学报，2005, 24 (3)]采用二次阳 极氧化法制备出表观孔径从30nm增大到70nm规则多孔氧化铝模板；文献[无 机化学学报，2006, 22 ( 1)]通过控制溶胶一凝胶法制备水合氧化铝的热处 理工艺，得到纳米级别的纤维状或球状a -A1203;文献[中国粉体技术，2005， 6]采用在碳酸铝铵法制备氧化铝工艺的基础上，通过加入晶体生长促进剂及 改变热分解工艺等方法，有效控制了 a-Al203颗粒的大小和形貌，得到六角片状颗粒和圆饼状颗粒；文献[物理化学学报，2005， 21(11)]采用二次铝阳极 氧化技术，制备高度有序的铝阳极氧化膜(AAO模板)，将模板放人腐蚀液中， 可获得大量无定形结构的氧化铝纳米线。文献[无机材料学报，2006, 21(4)] 报道利用磷酸溶液浸渍具有独特的六边形结构和组成的多孔型阳极氧化铝 (PAA0),获得了带状、棒状、管状等不同形貌的纳米氧化铝纤维；文献[稀有 金属材料与工程，2006, 35 (9)]以柠檬酸、乳酸及金属盐为原料，采用有 机凝胶一热分解法制备了微细氧化镁、a -A1203和尖晶石结构铝酸镁纤维， 所得纤维结构致密、晶粒细小，直径可小于llim，长径比大。但迄今为止， 文献上未有制备珊瑚状纳米a-Al203的报道，仅文献[山东冶金，2004， 6] 在论述连铸过程中夹杂物的来源时提及珊瑚状氧化铝，推断其可能来源于原 始树枝状或点簇状氧化铝夹杂通过"Ostwald-ripening"作用而形成。发明内容本发明的目的在于提供一种工艺简单、制备快速、产物分散性好的珊瑚 状纳米a-Al203的制备方法。本发明所采用的技术方案是提供一种珊瑚状纳米a-Al203的快速制备 方法(1) 将可溶性无机铝盐配制成0.5 2.0mol/L的铝盐水溶液；(2) 将燃料加入到上述水溶液中，燃料与铝盐的质量比为0.2 0.5: 1， 再加入铝盐质量0.5 1.5%的表面活性剂，釆用高速机械搅拌或研磨工艺， 制成粘稠的膏状液体；(3) 将上述膏状液体放入预先加热到700 900'C温度的马弗炉中，燃烧 结束后即收集燃烧产物，得到珊瑚状纳米a-Al203粉体。所述的无机铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫酸铝中的一种或它们的任意组合。 所述燃料为铵类，包括尿素、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、高氯酸铵和硝酸 铵中的一种或它们的任意组合。所述的表面活性剂为具有发泡和增稠作用的 阴离子和非离子表面活性剂。本发明的突出优点是利用燃烧反应合成珊瑚状纳米a-A1203粉体，工艺简单，反应迅速快捷，过程中无需洗涤，产生的废气采用碱液吸收，无污染。燃烧过程中燃料组分以及表面活性剂的调节，可有效控制燃烧反应的进 程以及产物形貌，使燃烧反应平稳有序，产物易收集。制备的产物具有蓬松、 纯度高等优点，无需研磨，分散性优良。


图l是本发明实施例l所制备的珊瑚状纳米a-Al203粉体的X衍射图； 图2是本发明实施例l所制备的珊瑚状纳米(141203粉体的扫描电镜图； 图3是本发明实施例l所制备的珊瑚状纳米a-Al203粉体的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述 实施例1:将10gAlCl3 6H20溶解在50ml去离子水中，配成澄清溶液，向溶液中加 2g尿素，lg硝铵和lg髙氯酸铵组成的燃料，加入lml含0. lg十二垸基苯磺 酸钠的水溶液，搅拌研磨后成粘稠的膏状液体，将裔状混合液体放入预先加 热到800C的马弗炉中，燃烧过程(大约40s左右)结束后收集燃烧产物，无 需研磨即得1.8g珊瑚状纳米ci-Al203粉体(理论值为2. lg)，燃烧过程中几 乎没有烟雾产生。参见附图1:它是按本实施例所述的制备方法制得的氧化铝纳米粉体X衍 射分析结果显示
, [104]和[113]， [116]等强衍射峰比较尖锐，[110],
， [214]和[300]等弱的衍射峰也都非常明显，与ct -Al203物相分析标准 数据(JCPDF 46-1212)完全一致。参见附图2:它是按本实施例所述的制备方法制得的a -Al203纳米粉体的 扫描电镜图，由图可知，所制备的氧化铝为逼真的珊瑚状，表面有许多细小 的凸起。参见附图3:它是按本实施例所述的制备方法制得的a 41203纳米粉体的 透射电镜图象，由图可知，所制备的氧化铝为多孔珊瑚状。实施例2:将10gAl(N03)3 卯20溶解在50ml去离子水中，配成澄清溶液，向溶液中 加3g尿素，和2g髙氯酸铵组成的燃料，加入lml含0.1g脂肪醇聚氧乙烯醚 的水溶液，搅拌研磨后成粘稠的裔状液体，将膏状混合液体放入预先加热到 700'C的马弗炉中，燃烧过程(大约30s左右)结束后收集燃烧产物，无需研 磨即得l.lg珊瑚状纳米a-Al203粉体(理论值为1.3g)，燃烧过程中只在燃 烧将近结束时释放极少量烟雾。实施例3:将10g A12(S04)3 18H20溶解在50ml去离子水中，配成澄清溶液，向 溶液中加3g尿素和2g硝酸铵，加入lml含0. 15g烷基酚聚氧乙烯醚的水溶 液，搅拌研磨后成粘稠的膏状液体，将膏状混合液体放入预先加热到850'C 的马弗炉中，燃烧过程(大约50s左右)结束后收集燃烧产物，无需研磨即 得1.2g珊瑚状纳米a-AL03粉体(理论值为1.5g),燃烧过程中释放少量 烟雾，用稀碱液吸收即可。
权利要求
1、一种珊瑚状纳米α-Al2O3的快速制备方法，其特征在于(1)将可溶性无机铝盐配制成0.5～2.0mol/L的铝盐水溶液；(2)将燃料加入到上述水溶液中，燃料与铝盐的质量比为0.2～0.5∶1，再加入铝盐质量0.5～1.5％的表面活性剂，采用高速机械搅拌或研磨工艺，制成粘稠的膏状液体；(3)将上述膏状液体放入预先加热到700～900℃温度的马弗炉中，燃烧结束后即收集燃烧产物，得到珊瑚状纳米α-Al2O3粉体。
2、 根据权利1所述的珊瑚状纳米a 41203的快速制备方法，其特征在于 所述的无机铝盐为硝酸铝、氯化铝和硫酸铝中的一种或它们的任意组合。
3、 根据权利1所述的珊瑚状纳米a 41203的快速制备方法，其特征在于 所述燃料为铵类，包括尿素、硫酸铵、碳酸铵、碳酸氢铵、高氯酸铵和硝酸铵 中的一种或它们的任意组合。
4、 根据权利1所述的珊瑚状纳米a 41203的快速制备方法，其特征在于 所述的表面活性剂为具有发泡和增稠作用的阴离子和非离子表面活性剂。
全文摘要
本发明公开了一种珊瑚状纳米α-Al₂O₃的快速制备方法，属于无机纳米材料制备领域。本发明采用的技术方案是将可溶性无机铝盐配制成0.5～2.0mol/L的铝盐水溶液；再将燃料加入到上述水溶液中，燃料与铝盐的质量比为0.2～0.5∶1，再加入铝盐质量0.5～1.5％的表面活性剂，采用高速机械搅拌或研磨工艺，制成粘稠的膏状液体；将膏状物放入预先加热到700～900℃的马弗炉中，燃烧过程结束后收集燃烧产物，无需研磨即得形貌逼真的珊瑚状纳米α-Al₂O₃粉体。该方法的优点是原材料易得、成本低、工艺简单、反应迅速，所得产物无须洗涤和研磨，具有工业化推广价值。
文档编号C01F7/30GK101264913SQ20081002352
公开日2008年9月17日 申请日期2008年4月3日 优先权日2008年4月3日
发明者王作山 申请人:苏州大学