专利名称：一种含硅纤维状薄水铝石的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种含硅纤维状薄水铝石的制备方法。具体地，本发明涉及以硫酸铝、偏铝酸钠和水玻璃为原料制备氧化硅含量0. I 3wt%纤维状薄水铝石的方法。
背景技术：
薄水铝石(boehmite)，也称为一水软铝石，为氧化铝的水合物。薄水铝石有多种形貌，包括片状、纤维状和球形。纳米纤维状薄水铝石具有比表面积大、孔体积大的特点，可以用于催化剂和吸附剂的载体。含硅薄水铝石与不含硅薄水铝石相比，具有更优化的酸性，更适宜于作为催化材料。Bugosh在美国专利U. S. Pat. No. 2，915，475中，描述了一个制备纤维状薄水铝石方法，通过在高温下水解碱性的氯化铝和碱性的硝酸铝得到。所用碱性的氯化铝和碱性的硝酸铝以氯化铝或硝酸铝与金属铝反应制得，原料成本高。竹村一树等人在中国专利CN101117231A中提供了在镁离子、锰离子存在下三水铝石水热转化为比表面积20 80m2/g的纤维状薄水铝石的制备方法。该方法制备的纤维状薄水铝石呈纤维直径16 67纳米。竹村一树等人的方法优点是原料便宜，但产品比表面积偏低而且含镁离子等杂质。最近几年采用表面活性剂辅助合成方法来制备一维薄水铝石得到广泛发展。Kuang等(J. Mater. Chem. 2003,13，660-662)在CTAB表面活性剂条件下在120°C下水热合成出薄水招石纳米管，得到的纳米管长约30_70nm,内径3_4nm,外径5_6nm。Zhu等(Chem.Mater. 2002，14，2086-2093)报道了薄水铝石纳米纤维的生长，在低温100°C下将PEO表面活性剂与铝水化合物混合水热处理得到纤维状薄水铝石，得到的纤维状薄水铝石3-4nm厚，30-60nm 长。但是，采用表面活性剂辅助方法合成一维薄水铝石存在很大缺点，一是成本高，二是从薄水铝石相中出去表面活性剂是很困难的，这必然导致不论薄水铝石产物中杂质的存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种含硅纤维状薄水铝石的制备方法。以偏铝酸钠、硫酸铝和水玻璃为初始原料，在没有表面活性剂存在条件下，水热合成氧化硅含量0. 05 3wt%直径为6 15纳米纤维状薄水铝石的方法。本发明所述的含硅纤维状薄水铝石的制备方法是先采用滴定法制备出形成薄水铝石的中间产物-铝水化合物，然后对得到的中间产物-铝水化合物进行静置水热处理，最后冷却，洗涤，干燥得到薄水铝石，具体实施步骤包括以下(I)将偏铝酸钠固体溶于水中，配制偏铝酸钠水溶液；(2)将水玻璃在剧烈搅拌下滴加到偏铝酸钠水溶液中；(3)将硫酸铝溶液与偏铝酸钠和水玻璃混合水溶液混合；得到的悬浮液pH值控制在7 9 ;(4)将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，在160°C 250°C下处理，时间大于4小时；(5)反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60 100°C下干燥得到纯的含硅纤维状薄水铝石；水玻璃与偏铝酸钠的摩尔比按氧化硅和氧化铝计为0. 003 0. 10，含硅纤维状薄
水铝石中氧化硅含量0. 05 3重量％。得到的含硅纤维状薄水铝石由于引入了氧化硅，使得部分铝为四配位，产生部分质子酸(B酸)，优化了其酸性。
具体实施例方式实施例中产物薄水铝石的比表面积和孔体积用氮吸附法测定，鉴定产物并计算结晶度用XRD法测定，纤维状宽度和长度的大小通过透射电镜观察得到。实施例I本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取295g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na20含量为40-45% )，溶解于IOOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液A。在剧烈搅拌下向A溶液中滴加2. 37g水玻璃(催化剂长岭分公司，氧化硅250. Og/1，氧化钠83. Og/1，密度1.250g/cm3，下同)，得到B溶液。称取480. Og十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，制得浓度为0. 4mol/L的硫酸铝溶液。在室温及搅拌条件下，将制得的溶液B滴加到硫酸铝溶液，滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2. 5h，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，于165°C晶化5个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到产物。将得到的产物通过XRD表征，与标准的JCPDS Card No. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为纯相薄水铝石。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状。氧化硅含量0. 2wt%，比表面积为245. Om2g'孔体积为0. 6325ml/g。实施例2本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取295g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50_56重量％，Na20含量为40-45% )，溶解于IOOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液A。在剧烈搅拌下向A溶液中滴加23. Ig水玻璃(催化剂长岭分公司，氧化硅250. Og/1，氧化钠83. Og/1，密度1.250g/cm3，下同)，得到B溶液。称取480. Og十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，制得浓度为0. 4mol/L的硫酸铝溶液。在室温及搅拌条件下，将制得的溶液B滴加到硫酸铝溶液，滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2. 5h，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，于165°C晶化5个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到产物。将得到的产物通过XRD表征，与标准的JCPDS Card No. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为纯相薄水铝石。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状。氧化硅含量2. Owt%，比表面积为306. Om2g'孔体积为0. 8612ml/g。实施例3本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取295g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na20含量为40-45% )，溶解于IOOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液A。在剧烈搅拌下向A溶液中滴加32. Og水玻璃(催化剂长岭分公司，氧化硅250. Og/1，氧化钠83. Og/1，密度1.250g/cm3，下同)，得到B溶液。称取480. Og十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，制得浓度为0. 4mol/L的硫酸铝溶液。在室温及搅拌条件下，将制得的溶液B滴加到硫酸铝溶液，滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2. 5h，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到高压反应釜中，于165°C晶化5个小时，自然冷 却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到产物。将得到的产物通过XRD表征，与标准的JCPDS Card No. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为纯相薄水铝石。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状。氧化硅含量2. 7wt%，比表面积为312. Om2g'孔体积为0. 8912ml/g。
权利要求
1. 一种含硅纤维状薄水铝石的制备方法，其特征在于 (1)将偏铝酸钠固体溶于水中，配制偏铝酸钠水溶液； (2)将水玻璃在剧烈搅拌下滴加到偏铝酸钠水溶液中； (3)将偏铝酸钠和水玻璃混合水溶液滴加到硫酸铝溶液中；得到的悬浮液PH值控制在7 9 ; (4)将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，在160°C 250°C反应，时间为5-48小时； (5)反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60 100°C下干燥得到纯的含硅纤维状薄水铝石； 水玻璃与偏铝酸钠的摩尔比按氧化硅和氧化铝计为0. 003 0. 10 ;含硅纤维状薄水铝石中氧化硅含量0. 05 3重％。
全文摘要
本发明涉及一种含硅纤维状薄水铝石的制备方法；将偏铝酸钠固体溶于水中，配制偏铝酸钠水溶液；将水玻璃在剧烈搅拌下滴加到偏铝酸钠水溶液中；将偏铝酸钠和水玻璃混合水溶液滴加到硫酸铝溶液中；得到的悬浮液pH值控制在7～9；将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，在160℃～250℃反应，时间为5-48小时；反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60～100℃下干燥得到纯的含硅纤维状薄水铝石；水玻璃与偏铝酸钠的摩尔比按氧化硅和氧化铝计为0.003～0.10；本方法在没有表面活性剂存在条件下，水热合成氧化硅含量0.05～3wt％直径为6～15纳米纤维状薄水铝石。
文档编号C01F7/00GK102653409SQ20111005124
公开日2012年9月5日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者刘跃慈, 宋家庆, 彭伶俐, 徐向宇, 李阳, 王骞, 阎立军, 陈亨, 霍志萍, 高林波 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 北京化工大学