本发明属于材料领域，涉及利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法。
背景技术：
氧化铝是21世纪产量最大、产值最高、用途最广的功能材料之一。纳米氧化铝具有高硬度、高强度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、比表面积大、热膨胀系数小、抗热震性能好、介电损耗低等优异的特性，可用作涂料、橡胶、塑料耐磨增硬剂、荧光粉、锂电池隔膜涂层材料、锂电池正极材料添加剂、精密抛光粉、蓝宝石衬底等。广泛用于绝缘材料、电子产品、耐磨耐腐蚀材料以及航空航天材料等高科技尖端行业。
国外对纳米氧化铝相关技术研究开展较早，技术也比较先进，如美国的igorl通过气相法制备出的纳米氧化铝，分散性良好，粒径分布均匀，且不存在团聚现象；日本专利利用蒸发冷凝法，利用高纯氧化铝陶瓷为蒸发源，制备出纯度较高纳米氧化铝。我国对纳米氧化铝的研究从上世纪90年代开始研究，虽然经过多年的研究取得了一定进展，但对于工业生产纳米氧化铝大多仍然处于摸索、试验、探究阶段，多数制备方法只能得到粒径分布较宽的纳米氧化铝，并且重现性差，因此制备粒径小、分散性良好、纯度高的纳米氧化铝具有重要的经济价值和实用价值。
纳米氧化铝制备方法按物质聚集状态分为固相法、气相法、液相法：
固相法主要将铝或铝盐研磨煅烧，发生固相反应后，直接得到纳米氧化铝目前固相法主要分为机械粉碎法、热分解法、燃烧法等。机械粉碎法主要利用超细粉碎机将原料直接粉碎成超细粉，如常利用球磨机制备纳米氧化铝，此方法操作简单、成本低廉，但制备出产品粒径分布广、且形貌不均一；热分解法通过添加成形剂和燃烧助剂，直接利用铝盐在高温下分解制备纳米氧化铝，其中几种典型方法如aach热解法、氯乙醇法、改良拜耳法等，该方法生产工艺较为简单、产品粒径便于控制，但产品杂质难以剔除、污染物排放量大等；燃烧法利用粒径小于40微米的铝粉在氧气和丙烷火焰中燃烧来制备纳米氧化铝，此方法节能省时、产物纯度高，但燃烧过程不易控制且生产过程中污染气体排放较多，增加生产成本。
气相法直接利用气体或通过等离子体、电弧加热、电子束加热等方式将物质转化为气体，在气相中通过化学反应形成基本粒子，再经过成核、生长形成粒子，其中主要分为蒸发冷凝法与气相水解法。蒸发冷凝法指在惰性气体中使氧化铝加热蒸发，然后在惰性气体中冷却、凝结形成纳米粒子，根据加热方式的不同可分为等离子体加热、电子束加热、电弧加热等；而气相水解法主要将铝盐在氢、氧火焰中进行高温水解，生成纳米粒子。气相法制备的样品粒径便于控制、制备的样品纯度高，但此方法对设备要求高、易产生气体污染、能耗高，不利于实现大规模生产。
液相法目前是实验室与工业生产广泛采用制备纳米粉体的方法，主要包括沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。沉淀法在原料液中添加适当沉淀剂，使原料液中的铝离子以各种形式沉淀物沉淀出来，后续通过洗涤、干燥、焙烧等工艺过程得到纳米粒子，此方法具有成本低、操作简单、设备简单、工艺流程短等优点，但制备样品粒径分布范围宽、易团聚等；溶胶-凝胶法是在纳米氧化铝中研究和应用较多的一种方法，其主要通过沉淀反应生成勃姆石的前驱体，然后通过洗涤、干燥、焙烧等步骤得到纳米氧化铝，此方法制备出样品分散性好、粒径均一、纯度高，但制备成本高且制备过程中使用有机溶剂，易产生二次污染，增加环境污染和处理成本；水热法利用高温高压下一些氢氧化物在水中溶解度大于其氧化物的溶解度，当氢氧化物溶于水中时同时析出氧化物，能有效避免后续样品处理过程中造成的硬团聚，有效改善纳米粒子的分散性，制备出样品粒径分布窄、粒径较小、样品纯度高，此方法对设备要求较高、成本相对较高；微乳液法在表面活性剂作用下使两种互不相溶的两种溶剂形成热力学稳定的各向同性、外观透明或半透明的微乳液体系，通过其中液滴微反应器能有效控制产物粒径，制备样品粒径均一。
在以上方法的基础上，本方法提出一种微乳液法制备纳米氧化铝的方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，该方法简单，制得的纳米氧化铝粒径分布窄、纯度高、比表面积大。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，具体步骤如下：将碳原子数为20～150的长链有机物和表面活性剂加入乙醇溶液或含有机添加剂的水溶液中，搅拌乳化形成均一的乳液，然后将铝盐和沉淀剂滴入25-95℃保温乳液中，搅拌充分反应形成悬浮液，抽滤洗涤，得到滤饼，干燥，焙烧得到纳米氧化铝。
优选的，所述长链有机物为石蜡、硬酯酸、硬酯酸钠、石蜡微晶中的任意一种；所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇20000、乙二胺四乙酸、聚乙烯吡咯烷酮58000、十二烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇10000、聚乙二醇400、十六烷基三甲基硫酸钠、十六烷基三甲基磺酸钠中的一种或多种；所述沉淀剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、氢氧化钠或氨水的任意一种；所述有机添加剂为乙二醇、丙三醇、环己烷或油酸中的一种或多种；所述铝盐为九水合硝酸铝、硫酸铝或氯化铝。
优选的，所述乙醇溶液为体积分数10％-80％的乙醇溶液。
优选的，所述乳化为在速度为2000-12000r/min，温度为25-95℃条件下搅拌10-60min。
优选的，所述铝盐滴速为2-40ml/min；沉淀剂滴速为2-40ml/min。
优选的，所述悬浮液生成的搅拌速度为400-1000r/min。
优选的，所述干燥在温度为40-90℃条件下干燥0.5-9h。
优选的，所述焙烧在温度为500-1200℃条件下焙烧1-6h。
优选的，长链有机物：表面活性剂：铝盐：有机添加剂的质量比为1～8g：0.3～5.0g：15-50g：1-20g：50～300ml；或长链有机物：表面活性剂：铝盐：乙醇水溶液的质量体积比为1～8g：0.5～5.0g：15-50g：50～300ml。
本发明的有益效果在于：本发明公开了利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，将碳原子数为20～150的长链有机物和表面活性剂加入蒸馏水和乙醇的混合溶液(或蒸馏水与有机添加剂的混合溶液中)中，以一定转速搅拌形成均一的乳液，将铝盐和沉淀剂以一定滴速滴入某一温度保温的a乳液中，然后在搅拌条件下充分反应，形成悬浮液，抽滤洗涤，得到滤饼，干燥，焙烧得到纳米氧化铝。该方法工艺流程简单、工艺过程短、成本低，制备纳米氧化铝粒径分布窄、纯度高、比表面积大，通过此方法有望实现高品位纳米氧化铝的工业生产，为纳米氧化铝的制备提供一种新技术路线。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为制备纳米氧化铝流程图。
图2为样品sem图(a：本发明方法制得纳米氧化铝；b：固相法制得纳米氧化铝)。
图3为制得纳米氧化铝氮气吸附-脱附等温线图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，合成路线如图1所示，具体步骤如下：称取2g石蜡与0.5g聚乙烯吡咯烷酮(mw＝58000)和十六烷基三甲基溴化铵复配物(按质量比4:1～3)加入100ml乙醇水溶液(体积分数为10％)中，以5000r/min搅拌速度在80℃下搅拌60min乳化，形成a乳液，在75℃下保温；称取37.5g九水合硝酸铝和16g碳酸钠分别溶于100ml蒸馏水中，九水合硝酸铝溶液和碳酸钠溶液以10ml/min同时滴入a乳液中，500r/min搅拌速度搅拌60min，形成b悬浮液，抽滤洗涤，最后一次洗涤用无水乙醇洗涤，得到滤饼，在60℃下烘箱干燥2h，随后在马弗炉800℃焙烧3h，得到粒径100nm纳米氧化铝。
实施例2
利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，具体步骤如下：称取4g石蜡与0.5g聚乙烯吡咯烷酮(mw＝58000)和十六烷基三甲基溴化铵复配物(按质量比4:1～3)加入100ml乙醇水溶液(体积分数为10％)中，以5000r/min搅拌速度在80℃下搅拌60min乳化，形成a乳液，在75℃下保温。称取37.5g九水合硝酸铝和16g碳酸钠分别溶于100ml蒸馏水中，九水合硝酸铝溶液和碳酸钠溶液以10ml/min同时滴入a乳液中，500r/min搅拌速度搅拌60min，形成b悬浮液，抽滤洗涤，最后一次洗涤用无水乙醇洗涤，得到滤饼，在60℃下烘箱干燥2h，随后在马弗炉800℃焙烧3h，得到粒径130nm纳米氧化铝。
实施例3
利用微乳液法制备纳米氧化铝的方法，具体步骤如下：称取4g石蜡与0.5g聚乙烯吡咯烷酮(mw＝58000)和十六烷基三甲基硫酸钠复配物(按质量比4:1～3)加入100ml00ml乙醇水溶液(体积分数为10％)中，以5000r/min搅拌速度在80℃下搅拌60min乳化，形成a乳液，在75℃下保温；称取37.5g九水合硝酸铝和16g碳酸钠分别溶于100ml蒸馏水中，九水合硝酸铝溶液和碳酸钠溶液以10ml/min同时滴入a乳液中，500r/min搅拌速度搅拌60min，形成b悬浮液，抽滤洗涤，最后一次洗涤用无水乙醇洗涤，得到滤饼，在60℃下烘箱干燥2h，随后在马弗炉800℃焙烧3h，得到粒径80nm纳米氧化铝。
实施例4
称取4g石蜡与0.5g聚乙烯吡咯烷酮(mw＝58000)和十六烷基三甲基溴化铵复配物(按质量比4:1～3)加入100ml蒸馏水和乙二醇混合溶液中(体积比98:2～15)，以5000r/min搅拌速度在80℃下搅拌60min乳化，形成a乳液，在75℃下保温。称取37.5g九水合硝酸铝和16g碳酸钠分别溶于100ml蒸馏水中，九水合硝酸铝溶液和碳酸钠溶液以10ml/min同时滴入a乳液中，500r/min搅拌速度搅拌60min，形成b悬浮液，抽滤洗涤，最后一次洗涤用无水乙醇洗涤，得到滤饼，在60℃下烘箱干燥2h，随后在马弗炉800℃焙烧3h，得到粒径150nm纳米氧化铝。
上述实施例中，石蜡用硬酯酸、硬酯酸钠、石蜡微晶等碳原子数为20～150长链有机物替换均可，表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(mw＝58000)和十六烷基三甲基溴化铵可以用聚乙二醇(mw＝20000)、乙二胺四乙酸、十二烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇(mw＝10000)、聚乙二醇(mw＝400)、十六烷基三甲基硫酸钠、十六烷基三甲基磺酸钠中的一种或多种表面活性剂替换。九水合硝酸铝可以用硫酸铝或氯化铝中的任意一种铝盐替换；碳酸钠可以用碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸铵、氢氧化钠、氨水中的任意一种沉淀剂替换；乙二醇可以用丙三醇、环己烷、油酸等有机添加剂替换；长链有机物：表面活性剂：铝盐：有机添加剂的质量比为1～8g：1.0～5.0g：15-50g：1-20g：50～300ml；或长链有机物：表面活性剂：铝盐：乙醇水溶液的质量体积比为1～8g：0.5～5.0g：15-50g：50～300ml；乳化在搅拌速度为2000-12000r/min，温度为25-95℃条件下搅拌10-60min；铝盐滴速为2-40ml/min；沉淀剂滴速为2-40ml/min，a乳液保温温度为25-95℃；a乳液液搅拌速度为400-1000r/min；滤饼干燥在温度为40-90℃条件下干燥0.5-9h，滤饼焙烧在温度为500-1200℃条件下焙烧1-6h，乙醇水溶液为体积分数10％-80％乙醇溶液均可实现发明目的。
图2为制得样品sem图，并以固相法合成纳米氧化铝作为对照。结果显示，本发明制得的材料为纳米级氧化铝，粒子均一。
图3为制得纳米氧化铝氮气吸附-脱附等温线图，经测量本发明制得比表面积达184m2/g，高于固相法比表面积154m2/g。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。