专利名称：溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法
技术领域：
本发明涉及一种制取纳米管状硼酸铝晶须的方法，特别是涉及一种具有高的弹性 模量、良好的机械强度、耐热性、耐化学药品性、耐酸性、电绝缘性、中子吸收性能、与金属共 价性的纳米管状硼酸铝晶须的生产技术。它不仅应用于绝热、耐热和耐腐材料，也可用于热 塑性树脂、热固性树脂、水泥、陶瓷和金属的补强剂。也可用于增强金属基(铝基、镁基)、陶 瓷基、塑料、玻璃、纤维、涂料等方面。
背景技术：
近年来，我国硼产业取得了一定的发展，但与美国等发达国家相比，还处于起步阶 段，在资源的开发利用上还存在一些比较突出的问题。硼产品生产工艺落后，资源综合利用 差。目前，丹东等地区的硼加工产品还仅限于“两硼”等初级产品，产品附加值低，经济效益 差。美国的硼深加工产品有300多种，大部分属于高新技术产品，产品的附加值很高。如以 “两硼”为原料生产的下游产品-氮化硼，是特种陶瓷、耐高温耐腐蚀及超硬材料的重要原 料，其产品市场价格在50万元/吨左右。而其原料硼砂的市场价格目前在4000元左右。硼作为一个资源优势，应该尽快将资源优势转为产业优势及经济优势，从而促进 本地区经济的快速发展。尽快形成以“两硼”产品为基础，以硼精、深加工产品为支柱的产 业体系。发展科技含量高、产品附加值高、经济效益好的硼精深加工产品是今后产业发展的 主攻方向。采用硼砂为原料，加入少量分散剂，与硝酸铝反应，控制反应温度、反应时间、滴加 速度、反应物配比以及溶液PH值，经洗涤、沉化、干燥后得到干凝胶，作为前驱体，将前躯体 研磨后，在一定温度和时间条件下，煅烧得到纳米管状硼酸铝晶须。产品科技含量高、附加 值高、质量高，企业经济效益好，对硼行业的发展与技术进步意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶 水)为原料，加入少量分散剂，采用溶胶_凝胶法制备前驱体，将前躯体研磨后，通过煅烧生 产纳米管状硼酸铝晶须的方法，用该方法制取的产品，质量高、附加值高，经济效益显著。本发明的目的是通过以下技术方案实现的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，该方法包括如下步骤首先将硝酸 铝溶液逐滴滴加到加入了分散剂的硼砂溶液中，然后将溶液抽滤、并用热蒸馏水和甲醇分 别洗涤数次，得到白色溶胶，干燥后即得到白色干凝胶即前驱体，然后将前驱体研磨成粉末 状，放入煅烧炉中煅烧，得到管状硼酸铝晶须。所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其管状硼酸铝晶须直径 0. 5 1. 0 μ m，长为 3. 0 5. 0 μ m。所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其原料为含十个结晶水的硼 砂和含九个结晶水的硝酸铝，其原料应满足以下重量百分比含量含十个结晶水的硼砂含量> 95%，，含九个结晶水的硝酸铝含量> 99%。所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其该方法在工艺过程中采用 了溶胶-凝胶法制备前驱体，对前躯体干燥后研磨，最后煅烧得到管状硼酸铝晶须。本发明的优点与效果是 1.本方法提出了一种既经济效益好，操作简便的纳米管状硼酸铝晶须生产方法， 产品质量高，附加值高，能够给企业带来显著的经济效益。2.以硼砂(含十个结晶水)，硝酸铝(含九个结晶水)为原料，采用。采用溶胶-凝 胶法制备前驱体，将前躯体研磨后，通过煅烧生产纳米管状硼酸铝晶须。3.产品管状硼酸铝晶须直径0. 5 1. 0 μ m，长为3. 0 5. 0 μ m。
图1为本发明的工艺流程方框图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明进行详细说明。1.本发明的基本原理结合溶胶-凝胶生产工艺特点，采用硼砂与硝酸铝反应生成湿凝胶，干燥后得到 干凝胶。将干凝胶研磨后，在一定温度和时间条件下，煅烧干凝胶得到管状纳米硼酸铝晶 须，生产成本低、工艺简单、对设备要求不高。采用硼砂与硝酸铝在水溶液中制备硼酸铝凝胶。通过调节溶液PH值的方法，避免 氢氧化铝沉淀的生成，其反应式(1)如下nNa2B407+2mAl (NO3) 3 — HiAl2O3 · nB203+2nNa++6mN03_ (1)对获得的湿凝胶经过洗涤干燥后，得到干凝胶，对干凝胶煅烧得到管状纳米硼酸 铝晶须，其反应式(2)如下mAl203 · ηΒ203 — 2A1203 · B2O3 (2)铝盐溶于水后，由于铝离子的高电荷和小离子半径，极易水解生成多种单核配合 物及多核配合物。当水溶液的PH增大到一定程度后就生成Al (OH)3沉淀。另外，铝盐水解 聚合各型的分布除了与溶液的PH有关外，还与溶液浓度有关，因此，通过调节溶液的PH和 控制铝溶液的浓度就可避免Al (OH)3沉淀的生成。根据硼酸铝合成热力学分析可知2A1203+B203 = 2A1203 · B2O3(3)9A1203+2B203 = 9A1203 · 2B203(4)2 (2A1203 · B2O3) +5A1203 = 9A1203 · 2B203(5)2 OAl2O3 · 2B203) +5B203 = 9 (2A1203 · B2O3)(6)2.本发明的基本方案以硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)为原料，按一定的固液比和 配比分别溶于一定量的水溶液中，并向硼砂溶液中加入少量分散剂，在一定的搅拌速度条 件下，控制反应温度，反应一段时间后，停止搅拌。用热蒸馏水和甲醇洗涤数次，得到白色溶 胶，陈化一段时间，然后干燥即得到白色干凝胶即前驱体。将预聚体放入煅烧炉中煅烧，即得管状硼酸铝晶须。
3.本发明的技术方法本项目采用溶胶_凝胶法制备硼酸铝晶须，采用前躯体_干燥研磨_煅烧法得到 管状硼酸铝晶须。溶胶-凝胶法由于其生产成本低、工艺简单等特点，成为当今制备纳米材 料的比较常用的一种方法。4.本发明具体的实施方案硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)反应配比(B/A1)取3 1 8 1、蒸馏水的量450ml、将Al (NO3)3溶液以3 5s/滴的速度加入硼砂水液中、搅拌速率 为400rpm、反应温度63°C、控制溶液PH值在7 8，反应时间3 8h、将获得的溶胶-凝胶用热蒸馏水IOOOml和甲醇500ml洗涤数次，得到白色溶胶，然后干燥12 24个小时后即 得到白色干凝胶即前驱体。将前驱体研磨成粉末状，然后置于瓷坩埚中，放入煅烧炉中，在800 1200度温 度范围内煅烧，煅烧时间为2 6小时的条件下，得到纳米管状硼酸铝晶须，直径0. 5 Ι.Ομ ，长为 3. 0 5.0 μ m。
权利要求
溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其特征在于该方法包括如下步骤首先将硝酸铝溶液逐滴滴加到加入了分散剂的硼砂溶液中，然后将溶液抽滤、并用热蒸馏水和甲醇分别洗涤数次，得到白色溶胶，干燥后即得到白色干凝胶即前驱体，然后将前驱体研磨成粉末状，放入煅烧炉中煅烧，得到管状硼酸铝晶须。
2.根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其特征在于管 状硼酸铝晶须直径0. 5 1. 0 ii m，长为3. 0 5. 0 ii m。
3.根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其特征在于原 料为含十个结晶水的硼砂和含九个结晶水的硝酸铝，其原料应满足以下重量百分比含量: 含十个结晶水的硼砂含量> 95%，，含九个结晶水的硝酸铝含量> 99%。
4.根据权利要求1所述的溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，其特征在于该 方法在工艺过程中采用了溶胶-凝胶法制备前驱体，对前躯体干燥后研磨，最后煅烧得到 管状硼酸铝晶须。
全文摘要
溶胶前驱体制备纳米管状硼酸铝晶须的方法，涉及一种制取纳米管状硼酸铝晶须的方法，采用硼砂(含十个结晶水)和硝酸铝(含九个结晶水)作为原料，按一定的配比分别溶于一定量的去离子水中，在连续搅拌的情况下，控制反应温度，把硝酸铝溶液逐滴滴加到加入了少量分散剂的硼砂溶液中，调节溶液的pH值，反应一段时间后，开始抽滤。抽滤时分别用热蒸馏水和甲醇洗涤数次，得到白色溶胶，干燥后即得到白色干凝胶即前驱体。将前驱体研磨成粉末状，然后置于瓷坩埚中，放入煅烧炉中，控制一定温度和时间条件下煅烧，即可得管状状硼酸铝晶须。本方法提出了一种纳米管状硼酸铝晶须的生产方法，产品质量高，附加值高，能够给企业带来经济效益。
文档编号C30B29/62GK101838850SQ20101018431
公开日2010年9月22日 申请日期2010年5月27日 优先权日2010年5月27日
发明者宁志高, 王国胜 申请人:沈阳化工大学