纳米晶粒及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种Y-Al2O3纳米晶粒及其制备方法，属于无机材料制备领域。
【背景技术】
[0002]氧化铝作为一种重要的无机功能材料，在石油化工、催化、吸附以及陶瓷增韧材料等方面得以广泛使用。纳米材料因其形状的特殊性而具有优异的物理、化学特性。各种形态的纳米氧化铝材料的制备方法包括化学气相沉积法、热解法、水(溶剂)热法以及硬模板法等。作为纳米材料的形态中的一种，薄片状的氧化铝纳米材料的制备目前已引起了研究者很大的关注。
[0003]文献“氧化铝纳米片的气相合成及其力学性能”(《粉末冶金材料科学与工程》，2011年，16 (6))中，采用Al片和S12粉末为原料，以H2为保护气氛，通过气相沉积方法合成了 C1-Al2O3纳米片。该气相法合成中，需要较为复杂的设备和苛刻的实验条件，多数不适于规模化制备。因此，开发条件温和、设备简单、适宜规模化生产的纳米材料的制备技术仍是材料科学领域面临的一个巨大挑战。
[0004]CN101941728A公开了一种片状氧化铝的制备方法，涉及一种用于珠光颜料的片状Al2O3的制备。该方法在制备过程采用氢氧化铝为原料，加硫酸钠做合成介质，乙醇做活化、分散剂，经高温煅烧获得片状氧化铝粉体。该方法需要加入有机介质活化，同时合成步骤较为繁琐，所得晶型为C1-Al2O3，而且从实施例的数据可以看出其晶粒尺寸达到10-20 μπι，颗粒较大。
[0005]CN 101691302Α则通过熔盐法制备了片状C1-Al2O3颗粒。该发明主要特点在于以工业级铝酸钠为原料制备α -氧化铝前驱体，通过熔盐法制备粒径在2-18 μ m片状Q-Al2O30该方法所得粒径较大，而且熔盐球磨过程能耗较大，目标产物与熔盐的分离也存在问题。
[0006]CN 1911809A提供了一种用于造纸、橡塑制品的填料的片状氢氧化铝的制备方法，其制备过程是在铝酸钠溶液中添加多元醇类。将含有多元醇的铝酸钠溶液加超细的氢氧化铝凝胶晶种分解或含多元醇的铝酸钠溶液自分解；控制晶种添加量、分解反应温度、分解时间及铝酸钠溶液浓度、溶液苛性比等参数，在反应后经过液固分离、洗涤、干燥后制备出不同粒径的片状的氢氧化铝微粉。该方法需要添加有机物质，步骤较为繁琐，从实施例看，产物颗粒较大。
[0007]由上述制备片状Al2O3的专利方法可以看出，得到的片状Al2O3用途一般为颜料、陶瓷、填料等领域，晶粒尺寸较大，晶型一般为a - Al2O30这种形态的氧化铝的比表面积小、反应活性低，与片状Y-Al2O3相比，在石油化工、催化、吸附、过滤等领域应用较少。
【发明内容】
[0008]针对现有制备片状Al2O3技术中的问题，本发明提供了一种Y-Al2O3纳米晶粒及其制备方法。
[0009]本发明的Y -Al2O3纳米晶粒的性质如下:比表面积为120_180m2/g，晶粒大小为15-40 nm，厚度为 3-6 nm。
[0010]本发明的Y -Al2O3纳米晶粒的制备方法，包括如下内容:
(1)在超声分散及机械搅拌下，将一定浓度的碱性溶液加入到无机铝盐溶液中，持续搅拌使两者混合均匀；
(2)在超声分散及机械搅拌下，向步骤(I)的混合物加入金属硝酸盐，之后在密闭的条件下180-220°C水热反应2-10小时；
(3)反应结束后，将反应物洗涤、干燥，在500-750°C高温焙烧2-8小时，得到Y-Al2O3纳米晶粒。
[0011]步骤(I)所述的超声分散，其作用参数为:超声分散的能量密度为0.2-4kW/L，作用时间是伴随步骤(I)整个过程。本过程的搅拌应尽可能剧烈以使混合物充分混合、分散。
[0012]步骤(I)中所述的无机铝盐为硝酸铝，氯化铝和硫酸铝中的一种或几种，优选为硝酸铝。所述的碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或几种，优选为氢氧化钠或氢氧化钾中的一种或两者的混合物。
[0013]步骤(I)中，所述的无机铝盐溶液和碱性溶液是指相应物质的水溶液或C5以下的低碳醇溶液，或两者任意比例的混合液，优选为水溶液。无机铝盐溶液的浓度为0.Γ2.0mol/L，优选为 0.2^1.5 mo I/L ;碱性溶液的浓度为 0.Γ2.0 mol/L，优选为 0.2^1.5 mo I/L ；两者混合溶液中的物质的量的比例关系满足0H7A13+ =3.(Γ3.5。
[0014]步骤(2)中，所述的金属硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾或硝酸锂中的一种或几种，优选与碱金属氢氧化物的阳离子相对应的硝酸盐，比如:步骤(I)中若使用的为氢氧化钠，则步骤(2)中就加入相应的硝酸钠。加入硝酸盐后，以物质的量计，混合物中M+/A13+为3.5^5.5，M+代表碱金属阳离子。
[0015]步骤(2)中，水热反应条件为:在密闭的条件下，180_220°C反应2-10小时。焙烧条件为:500-750°C焙烧2-8小时。
[0016]与现有技术相比，本发明采用的原料廉价，水热制备过程简单易行，不需要特殊设备及工艺。本发明片状氧化铝纳米晶粒比表面积为120-180 m2/g，晶粒尺寸可达到纳米级另O，厚度仅为3飞nm，具有较高的比表面积，可用于催化剂、吸附剂分离等石油化工过程。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1所制备的Y -Al2O3纳米晶粒的XRD曲线。
[0018]图2为本发明实施例1所制备的Y -Al2O3纳米晶粒的透射电镜图像。
【具体实施方式】
[0019]下面通过实施例对本发明方法加以详细的说明。Y-Al2O3纳米晶粒尺寸根据透射电镜图像测量。随机量取20个颗粒侧向的投影像的长度及宽度，取其平均值作为颗粒大小和厚度值。晶型采用X射线衍射表征，比表面积采用低温氮气物理吸附测试(BET法)。
[0020]实施例1
配制1ml的0.2mol/L的硝酸铝溶液和35ml的0.2mol/L的氢氧化钠溶液，然后在0.5KW/L的超声作用下,将氢氧化钠溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。然后加入0.152克硝酸钠并充分溶解。将混合物转移至内衬聚四氟乙烯的压力容弹中，密闭并升温至180°C反应10小时。反应结束后，将产物反复分离洗涤至洗涤液为中性，干燥后，在550°C下焙烧5小时，得到Y-Al2O3纳米粒子，晶粒大小为37 nm，厚度为5 nm。所述氧化铝纳米粒子经粉末X射线衍射表征为Y-Al2O3，比表面积为169 m2/g。
[0021]实施例2
配制1ml的0.2mol/L的硝酸铝溶液和30ml的0.2mol/L的氢氧化钠溶液，然后在0.5KW/L的超声作用下,将氢氧化钠溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。然后加入0.085克硝酸钠并充分溶解。将混合物转移至内衬聚四氟乙烯的压力容弹中，密闭并升温至220°C反应3小时。反应结束后，将产物反复分离洗涤至洗涤液为中性，干燥后，在600°C下焙烧5小时，得到Y -Al2O3纳米粒子，晶粒大小为23nm,厚度为4nm。所述氧化招纳米粒子经粉末X射线衍射表征为Y-Al2O3，表明比表面积为146m2/g。
[0022]实施例3
配制1ml的1.5mol/L的硝酸铝溶液和35ml的1.5mol/L的氢氧化钾溶液(硝酸铝及氢氧化钾溶液所用的溶剂为15wt%的乙醇水溶液)。然后在4KW/L的超声作用下，将氢氧化锂溶液与硝酸铝溶液混合并搅拌均匀。然后加入2.27克硝酸钾并充分溶解。将混合物转移至内衬聚四氟乙烯的压力容弹中，再密闭并升温至200°C反应5小时。反应结束后，将产物反复分离洗涤至洗涤液为中性，干燥后，650°C下焙烧3小时，得到Y -Al2O3纳米粒子，晶粒大小为18 nm，厚度为3 nm。晶型为Y-Al2O3，比表面积为117 m2/g。
【主权项】
1.一种Y-Al2O3纳米晶粒,其特征在于:Y-Al2O3的比表面积为120-180m2/g,晶粒大小为15-40 nm，厚度为3-6 nm。
2.权利要求1所述的Y-Al2O3纳米晶粒的制备方法，其特征在于包括如下内容:(1)在超声分散及机械搅拌下，将碱性溶液加入到无机铝盐溶液中，持续搅拌使两者混合均匀；(2)在超声分散及机械搅拌下，向步骤(I)的混合物加入金属硝酸盐，之后在密闭的条件下水热反应；(3)反应结束后，将反应物洗涤、干燥、焙烧，得到Y-Al2O3纳米晶粒。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(I)所述的超声分散的作用参数为:超声分散的能量密度为0.2-4kW/L，作用时间是伴随步骤(I)整个过程。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(I)中所述的无机铝盐为硝酸铝，氯化招和硫Ife招中的一种或几种。
5.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(I)中所述的碱性溶液中的碱性物质为氢氧化钠，氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或几种。
6.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(I)中所述的无机铝盐溶液和碱性溶液是指相应物质的水溶液或C5以下的低碳醇溶液，或两者任意比例的混合液。
7.按照权利要求2或6所述的方法，其特征在于:无机铝盐溶液的浓度为0.Γ2.0mol/L，碱性溶液的浓度为0.Γ2.0 mol/L，两者混合溶液中的物质的量的比例关系满足OHVAl3+ =3.0?3.5。
8.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的金属硝酸盐为硝酸钠、硝酸钾或硝酸锂中的一种或几种。
9.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的金属硝酸盐为与碱金属氢氧化物的阳离子相对应的硝酸盐。
10.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)加入硝酸盐后，以物质的量计，混合物中M+/A13+为3.5^5.5，其中M+代表碱金属阳离子。
11.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(2)中水热反应条件为:180-220°C反应2-10小时。
12.按照权利要求2所述的方法，其特征在于:步骤(3)中焙烧条件为:500-750°C焙烧2-8小时。
【专利摘要】本发明公开了一种γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法。本发明的纳米γ-Al2O3晶粒是通过将一定浓度的无机铝盐溶液与碱性溶液混合后，经水热晶化而得。水热产物经焙烧之后，晶型为γ-Al2O3，比表面积为120-180m2/g，颗粒尺寸为15-40nm，厚度为3-6nm。与现有技术中制备的片状Al2O3颗粒相比，原料价格低廉，制备工艺简单易行，产物颗粒为纳米级尺寸，比表面积较高，可用于催化剂、吸附剂分离等石油化工过程。
【IPC分类】C01F7-30, C01F7-32, B82Y30-00, C01F7-02
【公开号】CN104556160
【申请号】CN201310495683
【发明人】杨卫亚, 凌凤香, 王少军, 沈智奇, 季洪海, 王丽华, 郭长友, 孙万付
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月22日