专利名称：纳米级氧化铝粉的制备方法
技术领域：
本发明属于氧化物的制备方法，具体地说是涉及纳米级氧化铝粉的制备方法。
背景技术：
随着纳米技术的不断发展，对新型纳米材料超细性及均匀性的要求将日益提高。纳米氧化铝不但具有普通氧化铝熔点高、耐火度高、高温力学性能好、电气绝缘性好、耐酸碱侵蚀性能强和硬度高的特性，具有比其它物质比表面更大和更廉价易得，还具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等许多纳米材料特有的性质，因此，纳米氧化铝被广泛应用许多领域。随着科技的发展，对氧化铝纯度和粒度的要求日益升高，高纯超细氧化铝的应用越来越被人们所重视，因此急需找到成本低、易于エ业化的高纯超细氧化铝生产方法。纳米 氧化铝制备方法趋向于多元化，目前国内常用的气相法制备出的粉体特性好，但成本太高；醇盐水解法是ー种较为理想的方法，这种方法制备纳米氧化铝，条件温和，产品纯度高，粒度均匀可以很容易生成纯度较高、粒度较小的氧化铝。而且，国内外有多家新厂建成并以金属铝为原料用醇盐水解法生产高纯超细氧化铝的生产エ艺。众多研究结果表明，通过纯铝制备出的异丙醇铝在水解产生氧化铝时，控制不同的反应条件，则得到的氧化铝产物其粒度、形状和尺寸分布也会有很大的差异。根据不同的水解条件，可以得到颗粒直径从几纳米到几十纳米的氧化铝粉体。根据醇的相似性，可以用正己醇代替异丙醇制备正己醇铝再水解生成氧化铝。因此，通过改变原材料，降低成本，及如何控制正己醇铝水解エ艺条件如醇水摩尔比、反应温度、添加剂的种类和加入晶种的量等是氧化铝制造商的技术关键，在市场竞争中有决定性的意义。为此，本专利主要研究以铝粉为原料制备正己醇铝和水解合成反应エ艺过程对氧化铝前驱体粒度与形态的影响，为满足市场对氧化铝粉体的技术性能提供必需的エ艺參数。在正己醇铝制备过程中，铝和醇在催化剂存在下，反应生成醇铝，并放出氢气
2A1+6ROH —I- 2Al(OR)3+3H2f
铝粉中含铝量为99%以上，但是远比醇铝的成本低。以铝粉为原料制备的正己醇铝，经除杂后同样可以制备出纳米级氧化铝粉。正己醇铝水解过程是一个非极性很强的快速过程，在用它作为先驱物制备铝溶胶的水解反应过程中，正己醇铝首先以三聚体和四聚体形式存在，同时，在分子内部存在着配位结构转变的平衡。水解过程是水分子中的OH基团，通过亲核过程取代醇化物中的醇基。在水解产物之间，水解产物与原料之间会通过氧联过程自发地产生聚合，形成低聚物和高聚物。以正己醇铝为先驱物要制备溶胶，其先驱物必须首先溶于正己醇中，正己醇铝易结块，不易溶于水，在制备溶胶前应先将其研碎，再在正己醇中搅拌溶解，破碎过程越细越易水解，最后得到的胶体越均匀。同时无论水解过程还是聚合过程都受到溶剂、水量、水解温度和陈化时间等方面的影响。其中加水量和水解温度会影响到水解和聚合反应的速率、溶胶和凝胶的平衡、颗粒尺寸和粒径分布。同时，先驱体和溶剂的混合速度及搅拌速度也会影响溶胶的水解程度和颗粒尺寸。因此，依托企业的研发队伍，对醇盐水解法生产エ艺进ー步优化，同时探讨其产品在出口和国内应用上碰到的最大难题一鉄、硅、镁等杂质含量高的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，而提供ー种既不影响产品纯度，又没有其它杂质混入的纳米级 氧化铝粉的制备方法，替代进ロ纳米氧化铝粉，填补国内空白；并将醇盐回收再利用，既降低了生产成本，又可达到环保的目的。本发明是通过如下技术方案得以实现的
本发明反应式
(1)醇铝反应制备醇铝化合物
醇铝反应用钛盐来活化铝粉，循环的醇铝作为引发剂。反应式
2AL+6C6Hn0H=2AL (C6H11O) 3+3H2 f
(2)醇铝化合物水解反应制备纳米级氧化铝粉反应式
AL (C6H11O) 3+3H20=3C6Hn0H+AL (OH)3
纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于采用铝粉直接与正己醇反应，先制得醇铝化合物，然后醇铝化合物经过水解、蒸馏、分离，得水合氧化铝，焙烧水合氧化铝，制备纳米级氧化铝粉产品。所述醇铝化合物反应エ艺条件催化剂/铝粉质量比=0-0.10 ;铝粉/正己醇摩尔比=1:2-1:6;反应温度150 230°C，;操作压カ:0-1. OMPa ;反应时间1-5小时。所述醇铝化合物反应エ艺优选条件催化剂/铝粉质量比=0. 03-0. 06 ;铝粉/正己醇摩尔比=1:3-1:5 ;反应温度150-180°C ;操作压カ0-0. 2MPa ;反应时间1-3小时。所述醇铝化合物水解反应エ艺条件正己醇铝和水的摩尔比为1:2 — 1:5 ;反应温度60 IOO0C ;操作压カ:0-1. OMPa ;PH值7 10 ;反应时间1 — 5小时。所述醇铝化合物水解反应エ艺优选条件正己醇铝和水的摩尔比为1:3-1:4 ;反应温度:70-900C ;操作压カ:0-0. 2MPa ;PH值7-9 ;反应时间:2 4小时。所述水合氧化铝焙烧，焙烧温度为500-1000°C，保温时间为2_5h，冷却方法为室温下自然冷却。所述催化剂选用Al盐或Ti盐，优选A1C13或TiC13 ;选用表面活性剂为:聚乙ニ醇 200、400、600 或 800 中的ー种。本发明与现有技术相比，具有如下优点
a.无需催化剂脱除，催化剂在焙烧干燥过程中可以直接除去；
b.不需要大量水来洗去物料中的杂质,减少废水的排放,降低污染,节约了生产成本；
c.生产过程中，己醇可以循环使用(回收率在90%)，可以大大降低生产成本；
d.产品杂质含量少、孔容大、比表面大、孔径分布合理，可以达到进ロSB粉的指标。
图I为本发明纳米级氧化铝粉的エ艺流程图。
具体实施例方式下面列举2个实施例，并结合附图对本发明加以进ー步说明，但本发明不只限于这些实施例。实施例I 实验原料
原料的选择(如种类、纯度、粒度等)直接决定着成胶效果和纳米粉体的粉体特征。醇铝反应制备醇铝化合物エ艺条件80-100目铝粉54g，催化剂/铝粉质量比=0. 05，铝粉/正己醇摩尔比=1:4,反应温度160°C,操作压カ<0. IMpa，反应时间2小时,进行反应得到中间产物正己醇铝616g。 醇铝化合物水解反应制备纳米级氧化铝粉エ艺条件616g正己醇铝和去离子水的摩尔比为1:3，加入正己醇铝重量的1%的表面活性剂聚こニ醇400，反应温度70°C，操作压カ'く 0. IMpa, PH值7. 5，反应时间3小时，经过水解、蒸馏、分离，得到水合氧化铝148g。将148g水合氧化铝在马弗炉焙烧，温度为800°C，2_3小时，在炉中逐步冷却室温，得到Y —三氧化ニ铝95g。实施例2
醇铝反应制备醇铝化合物エ艺条件100-200目铝粉54g，催化剂/铝粉质量比=0. 03，铝粉/正己醇摩尔比=1:5，反应温度160°C，操作压カ彡0. 15Mpa，反应时间3小时，进行反应得到中间产物正己醇铝640g。醇铝化合物水解反应制备纳米级氧化铝粉エ艺条件640g正己醇铝和去离子水的摩尔比为1:3，加入正己醇铝重量的0.5%表面活性剂聚こニ醇600，反应温度80°C，操作压カ'く 0. IMpa, PH值7，反应时间4小时，经过蒸馏、分离、水解，得到水合氧化铝156g。将IOOg水合氧化铝在马弗炉焙烧，温度为800°C，2_3小时，在炉中逐步冷却室温，得到Y —三氧化ニ铝65g。将56g水合氧化铝在马弗炉焙烧，温度为1300°C，2_3小时，在炉中逐步冷却室温，得到a —三氧化ニ铝35g。本发明方法生产的纳米级氧化铝粉产品，纯度为99. 99%以上，粒度小于lOOnm，特别适用于催化剂的载体。
权利要求
1.纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于采用铝粉直接与正己醇反应，先制得醇铝化合物，然后醇铝化合物经过水解、蒸馏、分离，得水合氧化铝，焙烧水合氧化铝，制备纳米级氧化铝粉产品。
2.根据权利要求I所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于醇铝化合物反应工艺条件催化剂/招粉质量比=0-0. 10 ;招粉/正己醇摩尔比=1:2-1:6 ;反应温度150 2300C ;操作压力:0-1. OMPa ;反应时间1-5小时。
3.根据权利要求2所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于醇铝化合物反应工艺条件催化剂/铝粉质量比=0. 03-0. 06 ;铝粉/正己醇摩尔比=1:3-1:5 ;反应温度150-180°C ;操作压力0-0. 2MPa ;反应时间1-3小时。
4.根据权利要求I所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于醇铝化合物水解反应工艺条件正己醇铝和水的摩尔比为1:2 - 1:5 ;反应温度60 100°C ;操作压力0-1. OMPa ;PH值7 10 ;反应时间:1 — 5小时。
5.根据权利要求4所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于醇铝化合物水解反应优选工艺条件正己醇铝和水的摩尔比为1:3-1:4;反应温度70-90°C ;操作压力0-0. 2MPa ；PH值:7_9 ;反应时间2 4小时。
6.根据权利要求I所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于水合氧化铝焙烧，焙烧温度为500-1000°C，保温时间为2-5h，冷却方法为室温下自然冷却。
7.根据权利要求I所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于催化剂选用Al盐或Ti盐；选用表面活性剂为聚乙二醇200、400、600或800中的一种。
8.根据权利要求7所述纳米级氧化铝粉的制备方法，其特征在于催化剂选用A1C13或 TiC13。
全文摘要
本发明涉及纳米级氧化铝粉的制备方法，采用铝粉与溶剂正己醇反应，先制得醇铝化合物，然后经过水解、蒸馏、分离、焙烧工艺,制备纳米级氧化铝粉产品。本发明优点是无需催化剂脱除，不需要大量水来洗去物料中的杂质，减少废水的排放，降低污染，节约了生产成本；生产过程中，所用的醇可以循环使用(回收率在90%)，大大降低生产成本；产品杂质含量少、孔容大、比表面大、孔径分布合理，可以达到作为工业催化剂载体。
文档编号C01F7/02GK102849762SQ201110177210
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者高长龙, 潘学武 申请人:营口恒大实业有限公司