专利名称：一种电化学法制备纳米氢氧化铝粉体的方法
技术领域：
本发明涉及一种氢氧化铝的制备方法，特别涉及一种电化学法制备纳米氢氧化铝粉体的方法。
背景技术：
纳米氢氧化铝是一种粒径为I IOOnm的超微颗粒，各方面具有优异的特性，目前已作为一种新型功能材料和结构材料广泛应用于化工、涂料、建筑材料、电线、电缆和橡胶制品等行业。近年来，随着粉体表面处理技术的发展，表面活性化的纳米氢氧化铝粉体作为无机阻燃剂，其应用取得重大进展，已成为目前世界上应用量最大的阻燃剂品种，并可作为高级填料广泛应用于高分子材料的阻燃及填充。但是纳米氢氧化铝粉体的制备技术相对进展缓慢，仍存在众多技术难题，导致产品性能不稳定，颗粒尺寸较大及分布宽等缺点。·
经过对现有技术的文献检索发现，目前制备纳米氢氧化铝的方法有多种，如已有专利公开了溶胶凝胶法、常规的均相沉淀法、超重力水热法、金属醇盐水解法等，一些文献报道了种分法和碳化法。这些方法均各有特点，但也存在一些缺点，如原料制备成本过高、颗粒尺寸的控制较困难、粉体极易团聚、工艺操作复杂、设备的要求很高，对环境有污染等。作为一种功能化的纳米材料，纳米氢氧化铝工业化的制备技术难度较大，目前只有少数国外企业能够规模化生产。有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明提供了一种成本低、实验条件简单、对环境无污染、易于工业化生产的纳米氢氧化铝的制备方法。本发明解决技术问题所采取的技术方案如下所述制备方法是将表面处理后的铝板同时作为阴极和阳极进行电解反应；将所得电解产物经洗涤、水热处理、洗涤、干燥后得到纳米氢氧化铝粉体。在上述制备方法的技术方案中所述的表面处理为先利用碱液清洗铝板表面，然后再利用低浓度无机酸对铝板表面进行清洗。其中，所述无机酸选自盐酸、硝酸和硫酸中的一种，其浓度范围为O. 05 O. 5mol/L ;碱液选自氢氧化钠、氢氧化钾中的一种,其浓度范围为 O. 5 2. 5g/L。本发明所述的制备方法中，所述电解反应采用的电解液中的有效成分为50 500g/L的碳原子数目为5 25的阳离子表面活性剂，所述的表面活性剂为氯化胆碱、
β_甲基氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、苄基二甲基四癸基氯化铵中的任意一种。本发明所述的制备方法中，所述的电解反应采用电源为直流电源。本发明所述的制备方法中，所述的电解在ρΗ6 10，电流密度I 5A/dm2，温度为30 90°C，机械搅拌或空气搅拌送气量范围为100 3000L/min的条件下进行。本发明所述的电解反应中，当电解液中电解产物即白色氢氧化铝粉体的含量为3% 30%时，将电解液过滤分离，如通过动态分离氢氧化铝粉体，滤液循环使用。该步骤中，电解产物的分离采用本领域技术人员惯用的分离方法即可。本发明所述的制备方法中，所述的水热处理为将电解产物氢氧化铝粉体放入高压容器中，并加入纯水、晶种和有机阴离子，在温度为100 300°C，压力为I 87kg的条件下恒温I 48h进行水热处理；其中，纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I 8倍；有机阴尚子的用量为氢氧化招粉体重量的O. 5%。 10%。上述水热处理中，所述的晶种粒径为5 IOOnm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为
氢氧化铝粉体重量I %。 10%。本发明所述的制备方法中，所述的有机阴离子为酒石酸或柠檬酸中的一种。本发明所述的制备方法中，所述的洗涤，是指将水热处理后的氢氧化铝粉体用纯 水进行洗涤，该洗涤用水经处理后可以循环使用。本发明所述的制备方法中，所述的纯水，即电阻率范围为2 10ΜΩ. cm的水。作为本发明的一种最佳实施方式，本发明优选采用如下制备方法将经表面处理后的铝板同时作为阴阳电极，置于含苄基三甲基氯化铵量为400g/L的电解液中，在pH8
10;电流密度lA/dm2，温度为30°C，空气搅拌送气量在100L/min的条件下电解铝板。当电解液中粉含量达到25%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的酒石酸，在温度为100°C，压力为30kg的条件下恒温lh。取出氢氧化铝粉体经洗涤、干燥后，即可得到纳米氢氧化铝粉体。采用上述技术方案，本发明制备的纳米氢氧化铝平均粒径为10 80nm。相比现有技术，本发明具有如下有益效果I.通过对电流、电压和pH的调节以及采用水热处理技术，实现了对纳米氢氧化铝粒径的有效控制。2.制备的纳米氢氧化铝粉体，其平均粒径范围为10 80nm。3.纳米氢氧化铝粉体制备过程中所用试剂为挥发性小的有机成分，不含无机添加物，更加环保，同时也不会引入杂质元素。4.纳米氢氧化铝粉体制备过程中所用纯水可循环使用，无大量废渣、废气和废水排放，对环境保护极其有利，属环保型工艺。5.本发明制备工艺简单，生产周期短，生产成本较低，规模效益强，扩产便利。
具体实施例方式实施例I本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的铝板同时作为阴极和阳极，置于含量为200g/L的苄基三甲基氯化铵电解液中，在pH为7 8，电流密度为3A/dm2，温度为60°C，机械搅拌送气量为800L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到28%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和滤饼重量5%的柠檬酸；在温度为200°C、压力为12kg的条件下恒温6h进行水热处理；其中纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的4倍；晶种为粒径为50nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量5% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的6%。水热处理后取出经洗涤、干燥后可得到纳米氢氧化铝粉体。
经过上述制备过程，最终得到的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为50nm，颗粒分散且大小均匀。实施例2本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的铝板同时作为阴阳电极，置于含氯化胆碱量为400g/L的电解液中，在pH 8 10 ;电流密度lA/dm2，温度为30°C，空气搅拌送气量100L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到25%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的柠檬酸，在温度为100°C，压力为IOkg的条件下恒温Ih进行水热处理；其中纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的3倍；晶种为粒径5nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量1%。；柠檬酸的用量为氢氧化铝粉体重量的6%。水热处理后取出经洗涤，干燥后，即可得到纳米氢氧化铝粉体。 本实施例制备的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为30nm。实施例3本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的铝板同时作为阴阳电极，置于含苄基三乙基氯化铵含量为400g/L的电解液中，在pH 8 10，电流密度5A/dm2，温度为90°C，机械搅拌送气量为1000L/min的条件下电解铝板。当电解液中氢氧化铝粉体含量达到30%时，将槽液过滤后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量10%的酒石酸，在温度为300°C ;压力为87kg的条件下恒温30h进行水热处理；其中纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的5倍；晶种为粒径IOOnm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量10% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的2%。水热处理后取出经纯水洗涤，干燥后可得到纳米氢氧化铝粉体。本实施例制备的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为70nm。实施例4本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的原料铝板同时作为阴极和阳极，置于含量为50g/L的β -甲基氯化胆碱电解液中，在pH 7 8，电流密度3A/dm2，温度为60°C，空气搅拌送气量为3000L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到3%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和酒石酸，在温度为100°C，压力为32kg的条件下恒温24h进行水热处理；其中，纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的8倍；晶种为粒径50nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量5% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的O. 5%。。水热处理后取出，经纯水洗涤，干燥后，可得到纳米氢氧化铝粉体。本实施例制备的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为10nm。实施例5本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的原料铝板同时作为阴极和阳极，置于含量为500g/L的苄基三甲基氯化铵电解液中，在pH 6 7，电流密度5A/dm2，温度为30°C，机械搅拌送气量为2000L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到10%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和柠檬酸，在温度为300°C，压力为7kg的条件下恒温48h进行水热处理；其中，纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I倍；晶种为粒径30nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量6% ;柠檬酸的用量为氢氧化铝粉体重量的5%。水热处理后取出，经纯水洗涤，干燥后可得到纳米氢氧化铝粉体。本实施例制备的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为80nm。实施例6本实施方式的纳米氢氧化铝的制备方法是按照如下步骤进行的将表面处理后的原料铝板同时作为阴极和阳极，置于含量为300g/L的苄基二甲基四癸基氯化铵电解液中，在PH8 10，电流密度5A/dm2，温度为30°C，空气 搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中固体含量达到20%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和酒石酸，在温度为100°C，压力为37kg的条件下恒温48h进行水热处理；其中，纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的2倍；晶种为粒径60nm的纳米氢氧化铝粉体，其投放量为氢氧化铝粉体重量1% ;酒石酸的用量为氢氧化铝粉体重量的10%。水热处理后取出，经纯水洗涤，干燥后可得到纳米氢氧化铝粉体。本实施例制备的纳米氢氧化铝粉体的平均粒径为60nm。上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于，所述制备方法是将表面处理后的原料铝板同时作为阴极和阳极进行电解反应；将所得电解产物经洗涤、水热处理、洗涤、干燥后得到纳米氢氧化铝粉体。
2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述电解反应采用的电解液中有效成分为50 500g/L的碳原子数目为5 25的阳离子表面活性剂，所述的表面活性剂为氯化胆碱、β -甲基氯化胆碱、苄基三甲基氯化铵、苄基三乙基氯化铵、苄基二甲基四癸基氯化铵中的任意一种。
3.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述电解反应采用电源为直流电源。
4.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的电解反应在ρΗ6 10，电流密度I 5A/dm2，温度为30 90°C，机械搅拌或空气搅拌送气量为100 3000L/min的条件下进行。
5.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，当电解液中电解产物白色氢氧化铝粉体的含量为3% 30%时，将电解液过滤分离。
6.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的水热处理为将电解产物氢氧化铝粉体过滤后放入高压容器中，并加入纯水、晶种和有机阴离子，在温度为100 300°C， 压力为I 87kg的条件下恒温I 48h进行水热处理；其中，纯水的用量为氢氧化铝粉体重量的I 8倍；有机阴离子的用量为氢氧化铝粉体重量的O. 5%。 10%。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的晶种为粒径5 IOOnm的纳米氢氧化铝粉体，晶种的投放量为氢氧化铝粉体重量的1%。 10%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的有机阴离子为酒石酸或柠檬酸中的一种。
9.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为将表面处理后的铝板同时作为阴阳电极，置于含苄基三甲基氯化铵量为400g/L的电解液中，在pH8 10，电流密度lA/dm2，温度为30°C，空气搅拌送气量为100L/min的条件下电解铝板。当电解液中粉含量达到25%时，过滤槽液后得到氢氧化铝粉体；将氢氧化铝粉体经洗涤后，放入高压容器中，并加入纯水、晶种和氢氧化铝粉体重量5%的酒石酸，在温度为100°C，压力为30kg的条件下恒温Ih ;取出经洗涤、干燥后即可得到纳米氢氧化铝粉体。
全文摘要
本发明公开了一种电化学法制备纳米氢氧化铝粉体的方法，该方法采用将铝电解后，将其电解产物经洗涤、水热处理、洗涤、干燥得到纳米氢氧化铝粉体，其颗粒粒径范围为10～80nm。本发明通过对电流、电压和pH的调节以及采用水热处理技术，实现了对氢氧化铝粉体粒径的有效控制。本发明方法所得纳米氢氧化铝粉体的制备工艺简单，生产周期短；产率高，产品稳定性好；对环境无污染。本发明制备的纳米氢氧化铝粉体广泛应用于化工、涂料、建筑材料、电线、电缆和橡胶制品等多个行业。
文档编号C25B1/00GK102925914SQ201210396410
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者黄克宙, 李声泽, 李旻, 岳永刚, 何明利 申请人:成都华泽晶体材料有限公司