一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝及其制备方法与流程

本发明涉及一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝及其制备方法，属于材料制备领域。

背景技术：

纳米al2o3作为一种重要的纳米材料，具有比表面积大、孔容大和表面活性中心多等优点，被广泛用作催化剂载体、催化剂和吸附剂等。刚玉（α-al2o3）具有高的机械稳定性，纳米颗粒的α-al2o3则可以无需洗涂直接用作载体；作为合成氨催化剂载体，可提升催化活性。

过去有一些实验研究了刚玉纳米颗粒（α-al2o3）的热力学和合成方法。然而，迄今为止尚未开发出一种可用于制备表面积超过100m²g^-1高纯刚玉的方法。主要的原因是反应需要克服高活化能势垒（485kjmol^-1），反应温度高于1473k才能将氧化物离子从过渡氧化铝中的立方紧密堆积结构重新排列成六方紧密堆积晶型。这种转变通常会在转化过程中导致大量的质量转移，这通常会导致表面积的损失。

在室温下，γ-al2o3实际上可能是氧化铝纳米颗粒的热力学最稳定相，对应于100至200m²g^-1的表面积。在800k时，即使在较低的表面积下，γ-al2o3也可能变得稳定。因此，倾向于导致形成最稳定相的高温工艺决不能制备出高表面积的α-al2o3。但理论研究表明，多晶型氧化铝的表面能及其稳定性在很大程度上取决于微晶的大小和羟基化程度。因此，合成表面积大于100m²g^-1的α-al2o3是可行的，但通过1500k的高温法制备α-al2o3并不成功。

氧化物水热合成路线中，产物的形成遵守自磨、水合、水解、成核、结晶、生长等基本环节，即自磨水解结晶机制(self-millinghydrolysiscrystallizedmechanism．s-mhc)：(a)氧化铝粉末在水热密闭的环境下，在水分子的高速的热运动的推动下，氧化物大块粉末颗粒间相互碰撞摩擦使得个体逐渐的变小，进而被均匀的分散于反应体系中。这个过程中，可把每个颗粒看作小球，两种物质都是由无数个小球组成，在水的推动下，就形成了无数的球磨转子，由于这个球磨转子是反应物本身，所以这种。分散过程可以形象地称为——自磨过程(self-milling)。(b)随着粒子的粒度降低，各个颗粒的表面能迅速增大，表面粒子的活性增强，为了降低其表面活性，大量的小粒子和表面的水分子进行水合，形成大量的水合离子(水合过程)。(c)在水合离子的运动过程中，必然进一步发生摩擦、碰撞、失水、再水合、分离、交联等等，当两种水合离子相互碰撞或作用时，发生了脱水作用(脱水过程)，形成γ-alooh分子。(d)γ-alooh分子分子的数量逐渐增加，达到过饱和，形成晶核(成核过程)。(e)晶核的形成必然是大量的，这些晶核经溶解．沉降机制逐步发育为微晶，伴随着小晶粒的溶解和大晶粒的生长，最终成长为目标晶体(结晶生长过程)。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝。

本发明的再一目的在于：提供一种上述大比表面积高纯度α-三氧化二铝产品的制备方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，采用固态水热法，氧化铝水热合成路线中，产物的形成遵守自磨、水合、水解、成核、结晶、生长的基本环节，即：自磨水解结晶机制(self-millinghydrolysiscrystallizedmechanism，s-mhc)，氧化铝纳米颗粒的比表面积可达140m²·g-1。

本发明还提供一种上述大比表面积高纯度α-三氧化二铝的制备方法，采用固态水热法，包括如下工艺步骤：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入氧化铝粉末样品，表面活性剂和去离子水，其中，表面活性剂是peg400，peg2000或乙二胺中的一种或其组合；氧化铝粉末与表面活性剂的质量比为1:1~1:2；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散10-20min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在373~473k的温度下进行水热处理12~36小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒。

其中，步骤（1）中，所述氧化铝的加入质量与最终的反应液总体积之比为0.5克/100毫升~5克/100毫升。

本发明通过低温的固态水热法制备大比表面积、高纯度的α-al2o3。通过上述制备方法得到的氧化铝为α-al2o3晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合。形貌为纳米颗粒，纯度在99%以上，比表面积约为140m²·g-1。所制备的棒状氧化铋具有较高的比表面积，并具有较高的纯度和结晶度，在工业催化、新材料等领域具有广泛的应用前景。

采用固态氧化物水热法，以氧化铝为反应原料，在表面活性剂的调控作用下，合成了表面积约为140m²·g-1的高纯度α-al2o3纳米颗粒。本发明工艺简单，制备方法温和，制备的纳米颗粒的-al2o3无需洗涂可直接用作合成氨催化剂载体，提升催化活性。

附图说明

图1：由实施例1制得的大比表面积α-al2o3的sem图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，按如下工艺步骤制备：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入0.5克氧化铝粉末样品，0.5克peg400和100ml去离子水；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散20min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在373的温度下进行水热处理24小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒，其sem图如图1所示。

所制得α-al2o3的晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合，形貌为纳米颗粒，粒径为50nm左右，纯度在99%以上，比表面积为138m²·g-1。

实施例2

一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，按如下工艺步骤制备：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入2.5克氧化铝粉末样品，5克乙二胺和100ml去离子水；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散10min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在473的温度下进行水热处理36小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒。

所制得α-al2o3的晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合，形貌为纳米颗粒，粒径为200nm左右，纯度在99%以上，比表面积为102m²·g-1。

实施例3

一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，按如下工艺步骤制备：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入2克氧化铝粉末样品，2克peg2000和100ml去离子水；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散15min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在403的温度下进行水热处理12小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒。

所制得α-al2o3的晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合，形貌为纳米颗粒，粒径为80nm左右，纯度在99%以上，比表面积为125m²·g-1。

实施例4

一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，按如下工艺步骤制备：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入4克氧化铝粉末样品，3克peg400、1克peg2000和100ml去离子水；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散18min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在373的温度下进行水热处理36小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒。

所制得α-al2o3的晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合，形貌为纳米颗粒，粒径为80nm左右，纯度在99%以上，比表面积为130m²·g-1。

实施例5

一种大比表面积高纯度α-三氧化二铝，按如下工艺步骤制备：

（1）在洁净的聚四氟乙烯溶液中依次分别加入3克氧化铝粉末样品，2.5克peg400、1.5克乙二胺和100ml去离子水；

（2）将内胆放入超声清洗器中分散20min；

（3）将内胆放入不锈钢反应釜中密闭，将高压水热釜在473的温度下进行水热处理12小时，停止反应后将沉淀产物用去离子水洗涤，经干燥后得到大比表面积α-al2o3纳米颗粒。

所制得α-al2o3的晶型与标准粉末衍射卡片(jcpds:10-173)相吻合，形貌为纳米颗粒，粒径为120nm左右，纯度在99%以上，比表面积为117m²·g-1。