多孔分级结构的微纳米氧化铝及其制备方法与流程

本发明属于无机纳米粉体材料的合成领域，具体涉及一种多孔分级结构的微纳米氧化铝及其制备方法。

背景技术：

微纳米氧化铝，广泛应用于要求严苛的锂电池隔膜涂层、高端结构陶瓷、透明陶瓷、催化剂载体、抛光材料、导热材料等行业，是新能源汽车、半导体、医疗、汽车尾气处理催化剂等高端应用的主要技术瓶颈之一。国内动力电池和市场呈爆发式增长：仅锂电池隔膜领域，2014-2016年，全球和国内高纯微纳米氧化铝的增长率就分别为54%和256%；2017年，预计高端氧化铝市场将超过100亿元。但微纳米氧化铝的国内市场迄今为止，高端应用被进口产品垄断，主要原因是国内氧化铝的工艺方法技术水平低、过程条件严苛，重复性差、能耗高且污染严重，不能进行广泛的应用，导致高端氧化铝长期受制于人，严重依赖进口。

因此，本领域的技术人员致力于开发多孔分级结构的微纳米氧化铝，并且强调合成方法的可控、环保特性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术难题就是：提供一种低能耗，结构特异，比表面积大，应用广泛的氧化铝纳米材料的合成方法。

具体技术方案如下：

一种多孔分级结构的微纳米氧化铝，所述氧化铝具有独特的相互交联的次级纳米结构和多孔形貌，粒径为1纳米-100微米，比表面积为2-1000㎡/g。

其制备方法包括以下步骤：

（1）将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌分散，其中铵矾与尿素的摩尔比为20:1-0.01:1

（2）然后将所得溶液移至反应容器中进行反应，并对容器进行增压，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在80-250℃下干燥，得到alooh前驱体；

（3）将alooh前驱体置于高温匣钵中煅烧，得到多孔分级结构的微纳米氧化铝粉体。

所述步骤（2）中，反应体系增压至1-15mpa，反应温度为100-300℃，所述反应时间为1-100小时。

所述步骤（3）中，煅烧温度为400-2000℃，所述煅烧时间为1-20小时。

本发明的显著优点：本发明的多孔分级结构的微纳米氧化铝，具有超高的比表面积（2-1000㎡/g），并具有独特的相互交联的次级纳米结构和多孔形貌，提供了优异的离子传递通道；多孔多级结构还确保了有效化学反应面积和反应物质扩散速率。其制备方法简单有效，能对形貌、结构、粒径、比表面积等粉体性能进行人工调控，是一项具有很高经济和社会效益的技术。

本发明的显著优点还包括：通过控制反应物的浓度、比例、反应温度、反应压力、反应时间可以改变氧化铝的形貌、结构、粒径和比表面积，例如：反应温度在200^oc以上，且铵矾:尿素的摩尔比适中的情况下（0.1:1<铵矾:尿素<5:1），可以生成由纳米片组成的花状空心球体（图1）；在高尿素比例的情况下（铵矾:尿素<0.1:1），可以生成由针状颗粒组成的实心球体（图2）；提高铵矾的摩尔比（铵矾:尿素>5:1），可以生成实心氧化铝颗粒（图3）；降低反应温度（<150^oc），则得到由片状氧化铝堆积形成的团簇体（图4）；提高反应压力可以提高氧化铝粉体的比表面积（对比图5、6）。此外，通过控制煅烧温度，可以控制所得氧化铝粉体的晶体相结构：不同的锻炼温度下可以得到γ型、κ型和α型氧化铝（图7、8、9）。

附图说明

图1为实施例1制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的扫描电镜照片；

图2为实施例2制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的透射电镜照片；

图3为实施例4制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的扫描电镜照片；

图4为实施例3制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的透射电镜照片；

图5为实施例2中在2mpa压强下生成的氧化铝粉体的n2吸附-脱附曲线，测得比表面积为30.4m²/g；

图6为实施例1中在8mpa压强下生成的氧化铝粉体的n2吸附-脱附曲线，测得比表面积为325m²/g；

图7为实施例2制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的xrd衍射图；

图8为实施例3制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的xrd衍射图；

图9为实施例1制得的多孔分级结构的微纳米氧化铝的xrd衍射图。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围不限于下列实施例。

1、将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌30分钟使固体溶解分散。

2、优选地，在步骤1中，铵矾与尿素的摩尔比为20:1-0.01:1。

3、将所得溶液移至反应容器中进行反应，并对容器进行氮气增压，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在80-250℃下干燥，得到alooh前驱体。

4、优选地，在步骤3中氮气增压至1-15mpa，反应温度为100-300℃，所述反应时间为1-100小时。

5、将alooh前驱体置于高温匣钵中煅烧，即可得到多孔分级结构的微纳米氧化铝粉体。

6、优选地，在步骤5中，煅烧温度为400-2000℃，所述煅烧时间为1-20小时。

7、制得的氧化铝具有独特的相互交联的次级纳米结构和多孔形貌，粒径为1纳米-100微米，比表面积为2-1000㎡/g。

8、进一步地，本发明所述氧化铝纳米材料的应用为：锂电池隔膜涂层、高端结构陶瓷、透明陶瓷、催化剂载体、抛光材料、耐火材料、导热材料、吸附剂、净水剂、干燥剂、蓝宝石衬底、高级光学玻璃、人造宝石、珠光颜料、表面涂料等。

实施例1

（1）将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌30分钟使固体溶解分散，其中铵矾与尿素的摩尔比为1:1；

（2）然后将所得溶液移至反应容器中在300℃下进行反应，并对容器进行氮气增压至8mpa，反应时间为3小时，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在80℃下干燥，得到alooh前驱体；

（3）将alooh前驱体置于高温匣钵中在1200℃下煅烧2小时，得到多孔分级结构的微纳米氧化铝粉体。

制得的氧化铝具有独特的相互交联的纳米片形成的多孔分级的空心花状结构（如图1所示），粒径为2微米左右，比表面积为325㎡/g（如图6所示），晶型为α型（如图9所示）。

实施例2

（1）将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌30分钟使固体溶解分散，其中铵矾与尿素的摩尔比为0.01:1；

（2）然后将所得溶液移至反应容器中在250℃下进行反应，并对容器进行氮气增压至2mpa，反应时间为4小时，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在100℃下干燥，得到alooh前驱体；

（3）将alooh前驱体置于高温匣钵中在600℃下煅烧5小时，得到多孔分级结构的微纳米氧化铝粉体。

制得的氧化铝具有独特的相互交联的纳米针构成的多孔分级实心球体结构（如图2所示），粒径为5微米左右，比表面积为30.4㎡/g（如图5所示），晶型为γ型（如图7所示）。

实施例3

（1）将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌30分钟使固体溶解分散，其中铵矾与尿素的摩尔比为20:1；

（2）然后将所得溶液移至反应容器中在100℃下进行反应，并对容器进行氮气增压至15mpa，反应时间为6小时，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在150℃下干燥，得到alooh前驱体；

（3）将alooh前驱体置于高温匣钵中在800℃下煅烧10小时，得到多孔分级结构的微纳米氧化铝粉体。

所述氧化铝具有独特的相互交联的厚度为2-3纳米的纳米片堆叠形成的多孔分级结构的层状团簇结构（如图4所示），粒径为50-100纳米，比表面积为1000㎡/g，晶型为κ型（如图8所示）。

实施例4

（1）将铵矾与尿素溶解于蒸馏水中，均匀搅拌30分钟使固体溶解分散，其中铵矾与尿素的摩尔比为10:1；

（2）然后将所得溶液移至反应容器中在300℃下进行反应，并对容器进行氮气增压至12mpa，反应时间为6小时，反应结束后，将反应溶液冷却至室温，过滤固态物质，在250℃下干燥，得到alooh前驱体；

（3）将alooh前驱体置于高温匣钵中在800℃下煅烧10小时，得到类球形结构的微纳米氧化铝粉体。

所述氧化铝具有独特的由相互团聚的纳米颗粒形成的非均匀实心类球体（如图3所示），粒径为100-1000纳米，比表面积为5㎡/g，晶型为κ型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。