一种氧化铝微纳米粉体的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微纳米氧化铝粉体的制备方法，属于化学工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]纳米氧化铝由于具有表面效应、量子效应以及体积效应等纳米效应，使其具有前所未有的新功能。现己发现了纳米氧化铝材料具有许多的新性能和新用途，其中纳米氧化铝的催化功能是纳米氧化铝新用途中极为重要的一种。纳米氧化铝粉体、多孔烧结体和膜是一种高效催化剂和催化剂载体。以超细氧化铝直接作为催化剂或作为载体与超细贵金属或金属氧化物构成的催化剂，用于分子聚合催化、还原及合成反应，可大大提高反应效率；纳米级A1203粉末具有超细、成分均匀、单一分散的特点，能满足微电子组件的要求，可以用于大规模集成电路的基板或衬底材料。
[0003]纳米A1203的制备方法包括气相法、液相法和固相法三类。液相法主要包括微乳液法、液相沉淀法、相转移分离法和溶液蒸发法。微乳液法得到的粒子粒径小、分布均勻、稳定性高、重复性好；但由于该方法制备的粒子过细，固相分离较难进行，离心和抽滤分离效果不太理想。液相沉淀法的优点是能精确控制粒子的化学组成，易添加微量有效成分，制得多种成分均一的高纯复合物；缺点是制备过程中影响因素较多(控制的主要参数是溶液的组成、浓度、温度、时间)，形成分散粒子的条件苛刻。
[0004]目前世界上纳米氧化铝的制备主要停留在实验探索阶段，国内尚处于探索性的工业化水平的生产，绝大多数制备方法得到的纳米氧化铝存在有粒径分布较宽、单晶、团聚体、球形、纤维状等许多状态，并且制备方法可重复性比较差。而且有些方法存在工艺复杂、条件苛刻、成本高等问题，因此探索一种有效的、重复性好的制备微纳米氧化铝的方法是非常有必要的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种重复性良好、操作简单、绿色无污染的制备微纳米氧化铝粉体的方法，可以克服现有方法所存在的工艺复杂、条件苛刻等缺点。
[0006]为了达到上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种微纳米氧化铝粉体的制备方法，所述的氧化铝粉体为、-A1203或α -Α1203,包括以下步骤:
[0008]1、混合液的调配
[0009]将配位体和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(Κ-30)置于硝酸铝溶液中，磁力搅拌至溶液完全变为澄清，用氨水或稀硝酸调节溶液的pH值；
[0010]2、蒸发干燥
[0011]将上一步制备的溶液于180-220摄氏度下干燥，直至形成蓬松的前驱体；
[0012]3、热处理
[0013]将前躯体放于马弗炉内煅烧。
[0014]步骤1中所述的硝酸铝溶液的摩尔浓度为0.1-0.8mol/L ;配位体为葡萄糖、淀粉、抗坏血酸、酒石酸或麦芽糖醇中的任意一种；硝酸铝与配位体的摩尔比为1:1-1:6 ;硝酸铝与表面活性剂的摩尔比为1:0.2-1:1。
[0015]步骤1中所述的pH值为3-11。
[0016]步骤2中所述的干燥时间为3-6小时。
[0017]步骤3中所述的煅烧温度为600-1200K，煅烧时间为6_10小时，升温速率为10K/min0
[0018]与现有的方法相比，本发明优点在于:
[0019]1.本发明采用是的溶胶凝胶法，该方法通过改变不同的配位体的种类，严格控制硝酸铝与配位体的摩尔比，以及溶液pH值等因素，可以很好地控制氧化铝的晶型和粒子的大小。
[0020]2.本发明的制备方法简单、重复性良好、绿色清洁、对设备要求低、可规模化生产，而且制备的氧化铝微纳米粉体为结晶态、纯度高。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明实施例1中\ -A1203纳米颗粒的X射线衍射图。
[0022]图2为本发明实施例1中Y -A1203纳米颗粒的透射电镜(TEM)图。
[0023]图3为本发明实施例2中γ -A1203纳米颗粒的X射线衍射图。
[0024]图4为本发明实施例3中α -Α1203微米粉体的X射线衍射图。
[0025]图5为本发明实施例3中α -Α1203微米粉体的扫描电镜(SEM)图。
[0026]图6为本发明实施例5中γ -Α1203纳米颗粒的X射线衍射图。
[0027]图7为本发明实施例6中α -Α1203微米粉体的X射线衍射图。
[0028]图8为本发明实施例6中α -Α1203微米粉体的扫描电镜(SEM)图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实例和附图对本发明进行详细说明。
[0030]实施例1:首先将3.7892g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取11.8902g葡萄糖加入上述溶液中，磁力搅拌，待葡萄糖完全溶解之后再向溶液中加入
1.llOOg表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，用稀硝酸将混合液的pH调节为3，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在180°C下干燥5小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为800K，时间为6小时。图1为样品的X射线衍射图，XRD图上出现四个衍射峰，分别对应Y-A1203的(220)、(311)、(400)和(440)晶面，表明产物为、晶型的氧化铝纳米颗粒。而且，从图1可以很明显地看出衍射峰具有很大的半高宽，表明产物的晶粒尺寸较小，图2是利用本发明制得的Y-A1203纳米颗粒的透射电镜(TEM)图，从图2可以看出，制得的氧化铝为球形颗粒，粒径尺寸为5-20nm，分散性良好，没有发生团聚现象。
[0031]实施例2:将15.1568g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取23.7804g葡萄糖加入上述溶液中，磁力搅拌，待葡萄糖完全溶解之后再向溶液中加入
2.2200g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，用氨水将混合液的pH调节为11，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在200°C下干燥3小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为600K，时间为8小时。图3为样品的X射线衍射图，从图中可以看出有三个很明显的衍射峰，对应Y-A1203的晶面，表明此时的氧化铝为γ晶型；衍射峰具有很大的半高宽，说明产物的晶粒尺寸较小。
[0032]实施例3:将18.9460g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取8.1000g淀粉加入上述溶液中，磁力搅拌，待淀粉完全溶解之后再向溶液中加入3.3300g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，用氨水将混合液的pH调节为9，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在220°C下干燥4小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为1100K，时间为10小时。图4为样品的X射线衍射图，图中的各个衍射峰都与α -Α1203的晶面相吻合，而且衍射峰很尖锐，表面制备的体的α_Α1203结晶性比较好，粒径较大。图5为样品的扫描电镜图片，从图中可以看出产物颗粒为微米级；大小基本均匀；形貌呈层状结构。
[0033]实施例4:将22.7352g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取10.5990g抗坏血酸加入上述溶液中，磁力搅拌，待抗坏血酸完全溶解之后再向溶液中加入2.6640g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在200°C下干燥6小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为900K，时间为8小时。
[0034]实施例5:将26.5243g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取10.5591g酒石酸加入上述溶液中，磁力搅拌，待酒石酸完全溶解之后再向溶液中加入
2.3310g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在220°C下干燥4小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为700K，时间为10小时。图6为样品的X射线衍射图，分析表明制得的为、晶型氧化铝纳米颗粒。
[0035]实施例6:将30.3135g九水合硝酸铝溶解在0.1L的去离子水中，然后称取28.9945g麦芽糖醇加入上述溶液中，磁力搅拌，待麦芽糖醇完全溶解之后再向溶液中加入1.7760g表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(K-30)，继续搅拌直至表面活性剂完全溶解，将混合溶液在水浴条件下加热1小时，再将溶液放于干燥箱中在180°C下干燥5小时，得到疏松多孔、不含水分的前驱体，然后将前驱体放于马弗炉中高温热处理，热处理温度为1100K，时间为8小时。样品的X射线衍射(图7)和扫描电镜(图8)表明本方法制备的产物为层状结构的 α -Α1203ο
【主权项】
1.一种微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，所述的氧化铝粉体为Y-A1203或α-A1203,制备步骤如下: (1)、混合液的调配 将配位体和表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮置于硝酸铝溶液中，磁力搅拌至溶液完全变为澄清，用氨水或稀硝酸调节溶液的pH值； (2)、蒸发干燥 将上一步制备的溶液于180-220摄氏度下干燥，直至形成蓬松的前驱体； (3)、热处理 将前躯体放于马弗炉内煅烧。2.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的硝酸铝溶液的摩尔浓度为0.1-0.8mol/L。3.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的配位体为葡萄糖、淀粉、抗坏血酸、酒石酸或麦芽糖醇中的任意一种。4.根据权利要求1或3所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤1中的硝酸铝与配位体的摩尔比为1:1-1:6。5.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的硝酸铝与表面活性剂的摩尔比为1:0.2-1:1。6.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤1中所述的pH 值为 3-11。7.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的干燥时间为3-6小时。8.根据权利要求1所述的微纳米氧化铝粉体的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的煅烧温度为600-1200K，煅烧时间为6-10小时，升温速率为10K/min。
【专利摘要】本发明公开了一种氧化铝微纳米粉体的制备方法。采用溶胶凝胶法，以硝酸铝为溶质，葡萄糖、淀粉、抗坏血酸、酒石酸或麦芽糖醇为配位体，聚乙烯吡咯烷酮（K-30）为分散剂，通过调节硝酸铝和配位体及分散剂的配比、溶液的pH、热处理温度和时间等因素来控制氧化铝的晶型和粒子的大小。本发明可以制备出α-Al2O3和γ-Al2O3，其中γ-Al2O3的粒径尺寸最小可达5nm，且纯度高、形状规则、分散均匀。本方法具有工艺简单、可控性较强、重复性良好、生产成本低的优点。
【IPC分类】C01F7/02, B82Y30/00
【公开号】CN105253904
【申请号】CN201410259136
【发明人】李平云, 张朋, 姜炜, 李凤生, 刘宏英, 郭效德, 邓国栋, 顾志明, 王玉姣
【申请人】南京理工大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年6月11日