納米晶粒及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種Y-Al2O3納米晶粒及其制備方法，屬于無機材料制備領域。
【背景技術】
[0002]氧化鋁作為一種重要的無機功能材料，在石油化工、催化、吸附以及陶瓷增韌材料等方面得以廣泛使用。納米材料因其形狀的特殊性而具有優異的物理、化學特性。各種形態的納米氧化鋁材料的制備方法包括化學氣相沉積法、熱解法、水(溶劑)熱法以及硬模板法等。作為納米材料的形態中的一種，薄片狀的氧化鋁納米材料的制備目前已引起了研究者很大的關注。
[0003]文獻“氧化鋁納米片的氣相合成及其力學性能”(《粉末冶金材料科學與工程》，2011年，16 (6))中，采用Al片和S12粉末為原料，以H2為保護氣氛，通過氣相沉積方法合成了 C1-Al2O3納米片。該氣相法合成中，需要較為復雜的設備和苛刻的實驗條件，多數不適于規模化制備。因此，開發條件溫和、設備簡單、適宜規模化生產的納米材料的制備技術仍是材料科學領域面臨的一個巨大挑戰。
[0004]CN101941728A公開了一種片狀氧化鋁的制備方法，涉及一種用于珠光顏料的片狀Al2O3的制備。該方法在制備過程采用氫氧化鋁為原料，加硫酸鈉做合成介質，乙醇做活化、分散劑，經高溫煅燒獲得片狀氧化鋁粉體。該方法需要加入有機介質活化，同時合成步驟較為繁瑣，所得晶型為C1-Al2O3，而且從實施例的數據可以看出其晶粒尺寸達到10-20 μπι，顆粒較大。
[0005]CN 101691302Α則通過熔鹽法制備了片狀C1-Al2O3顆粒。該發明主要特點在于以工業級鋁酸鈉為原料制備α -氧化鋁前驅體，通過熔鹽法制備粒徑在2-18 μ m片狀Q-Al2O30該方法所得粒徑較大，而且熔鹽球磨過程能耗較大，目標產物與熔鹽的分離也存在問題。
[0006]CN 1911809A提供了一種用于造紙、橡塑制品的填料的片狀氫氧化鋁的制備方法，其制備過程是在鋁酸鈉溶液中添加多元醇類。將含有多元醇的鋁酸鈉溶液加超細的氫氧化鋁凝膠晶種分解或含多元醇的鋁酸鈉溶液自分解；控制晶種添加量、分解反應溫度、分解時間及鋁酸鈉溶液濃度、溶液苛性比等參數，在反應后經過液固分離、洗滌、干燥后制備出不同粒徑的片狀的氫氧化鋁微粉。該方法需要添加有機物質，步驟較為繁瑣，從實施例看，產物顆粒較大。
[0007]由上述制備片狀Al2O3的專利方法可以看出，得到的片狀Al2O3用途一般為顏料、陶瓷、填料等領域，晶粒尺寸較大，晶型一般為a - Al2O30這種形態的氧化鋁的比表面積小、反應活性低，與片狀Y-Al2O3相比，在石油化工、催化、吸附、過濾等領域應用較少。

【發明內容】

[0008]針對現有制備片狀Al2O3技術中的問題，本發明提供了一種Y-Al2O3納米晶粒及其制備方法。
[0009]本發明的Y -Al2O3納米晶粒的性質如下:比表面積為120_180m2/g，晶粒大小為15-40 nm，厚度為 3-6 nm。
[0010]本發明的Y -Al2O3納米晶粒的制備方法，包括如下內容:
(1)在超聲分散及機械攪拌下，將一定濃度的堿性溶液加入到無機鋁鹽溶液中，持續攪拌使兩者混合均勻；
(2)在超聲分散及機械攪拌下，向步驟(I)的混合物加入金屬硝酸鹽，之后在密閉的條件下180-220°C水熱反應2-10小時；
(3)反應結束后，將反應物洗滌、干燥，在500-750°C高溫焙燒2-8小時，得到Y-Al2O3納米晶粒。
[0011]步驟(I)所述的超聲分散，其作用參數為:超聲分散的能量密度為0.2-4kW/L，作用時間是伴隨步驟(I)整個過程。本過程的攪拌應盡可能劇烈以使混合物充分混合、分散。
[0012]步驟(I)中所述的無機鋁鹽為硝酸鋁，氯化鋁和硫酸鋁中的一種或幾種，優選為硝酸鋁。所述的堿性溶液中的堿性物質為氫氧化鈉，氫氧化鉀和氫氧化鋰中的一種或幾種，優選為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或兩者的混合物。
[0013]步驟(I)中，所述的無機鋁鹽溶液和堿性溶液是指相應物質的水溶液或C5以下的低碳醇溶液，或兩者任意比例的混合液，優選為水溶液。無機鋁鹽溶液的濃度為0.Γ2.0mol/L，優選為 0.2^1.5 mo I/L ;堿性溶液的濃度為 0.Γ2.0 mol/L，優選為 0.2^1.5 mo I/L ；兩者混合溶液中的物質的量的比例關系滿足0H7A13+ =3.(Γ3.5。
[0014]步驟(2)中，所述的金屬硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀或硝酸鋰中的一種或幾種，優選與堿金屬氫氧化物的陽離子相對應的硝酸鹽，比如:步驟(I)中若使用的為氫氧化鈉，則步驟(2)中就加入相應的硝酸鈉。加入硝酸鹽后，以物質的量計，混合物中M+/A13+為3.5^5.5，M+代表堿金屬陽離子。
[0015]步驟(2)中，水熱反應條件為:在密閉的條件下，180_220°C反應2-10小時。焙燒條件為:500-750°C焙燒2-8小時。
[0016]與現有技術相比，本發明采用的原料廉價，水熱制備過程簡單易行，不需要特殊設備及工藝。本發明片狀氧化鋁納米晶粒比表面積為120-180 m2/g，晶粒尺寸可達到納米級另O，厚度僅為3飛nm，具有較高的比表面積，可用于催化劑、吸附劑分離等石油化工過程。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明實施例1所制備的Y -Al2O3納米晶粒的XRD曲線。
[0018]圖2為本發明實施例1所制備的Y -Al2O3納米晶粒的透射電鏡圖像。
【具體實施方式】
[0019]下面通過實施例對本發明方法加以詳細的說明。Y-Al2O3納米晶粒尺寸根據透射電鏡圖像測量。隨機量取20個顆粒側向的投影像的長度及寬度，取其平均值作為顆粒大小和厚度值。晶型采用X射線衍射表征，比表面積采用低溫氮氣物理吸附測試(BET法)。
[0020]實施例1
配制1ml的0.2mol/L的硝酸鋁溶液和35ml的0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，然后在0.5KW/L的超聲作用下,將氫氧化鈉溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。然后加入0.152克硝酸鈉并充分溶解。將混合物轉移至內襯聚四氟乙烯的壓力容彈中，密閉并升溫至180°C反應10小時。反應結束后，將產物反復分離洗滌至洗滌液為中性，干燥后，在550°C下焙燒5小時，得到Y-Al2O3納米粒子，晶粒大小為37 nm，厚度為5 nm。所述氧化鋁納米粒子經粉末X射線衍射表征為Y-Al2O3，比表面積為169 m2/g。
[0021]實施例2
配制1ml的0.2mol/L的硝酸鋁溶液和30ml的0.2mol/L的氫氧化鈉溶液，然后在0.5KW/L的超聲作用下,將氫氧化鈉溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。然后加入0.085克硝酸鈉并充分溶解。將混合物轉移至內襯聚四氟乙烯的壓力容彈中，密閉并升溫至220°C反應3小時。反應結束后，將產物反復分離洗滌至洗滌液為中性，干燥后，在600°C下焙燒5小時，得到Y -Al2O3納米粒子，晶粒大小為23nm,厚度為4nm。所述氧化招納米粒子經粉末X射線衍射表征為Y-Al2O3，表明比表面積為146m2/g。
[0022]實施例3
配制1ml的1.5mol/L的硝酸鋁溶液和35ml的1.5mol/L的氫氧化鉀溶液(硝酸鋁及氫氧化鉀溶液所用的溶劑為15wt%的乙醇水溶液)。然后在4KW/L的超聲作用下，將氫氧化鋰溶液與硝酸鋁溶液混合并攪拌均勻。然后加入2.27克硝酸鉀并充分溶解。將混合物轉移至內襯聚四氟乙烯的壓力容彈中，再密閉并升溫至200°C反應5小時。反應結束后，將產物反復分離洗滌至洗滌液為中性，干燥后，650°C下焙燒3小時，得到Y -Al2O3納米粒子，晶粒大小為18 nm，厚度為3 nm。晶型為Y-Al2O3，比表面積為117 m2/g。
【主權項】
1.一種Y-Al2O3納米晶粒,其特征在于:Y-Al2O3的比表面積為120-180m2/g,晶粒大小為15-40 nm，厚度為3-6 nm。
2.權利要求1所述的Y-Al2O3納米晶粒的制備方法，其特征在于包括如下內容:(1)在超聲分散及機械攪拌下，將堿性溶液加入到無機鋁鹽溶液中，持續攪拌使兩者混合均勻；(2)在超聲分散及機械攪拌下，向步驟(I)的混合物加入金屬硝酸鹽，之后在密閉的條件下水熱反應；(3)反應結束后，將反應物洗滌、干燥、焙燒，得到Y-Al2O3納米晶粒。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)所述的超聲分散的作用參數為:超聲分散的能量密度為0.2-4kW/L，作用時間是伴隨步驟(I)整個過程。
4.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的無機鋁鹽為硝酸鋁，氯化招和硫Ife招中的一種或幾種。
5.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的堿性溶液中的堿性物質為氫氧化鈉，氫氧化鉀和氫氧化鋰中的一種或幾種。
6.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(I)中所述的無機鋁鹽溶液和堿性溶液是指相應物質的水溶液或C5以下的低碳醇溶液，或兩者任意比例的混合液。
7.按照權利要求2或6所述的方法，其特征在于:無機鋁鹽溶液的濃度為0.Γ2.0mol/L，堿性溶液的濃度為0.Γ2.0 mol/L，兩者混合溶液中的物質的量的比例關系滿足OHVAl3+ =3.0?3.5。
8.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的金屬硝酸鹽為硝酸鈉、硝酸鉀或硝酸鋰中的一種或幾種。
9.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)中所述的金屬硝酸鹽為與堿金屬氫氧化物的陽離子相對應的硝酸鹽。
10.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)加入硝酸鹽后，以物質的量計，混合物中M+/A13+為3.5^5.5，其中M+代表堿金屬陽離子。
11.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(2)中水熱反應條件為:180-220°C反應2-10小時。
12.按照權利要求2所述的方法，其特征在于:步驟(3)中焙燒條件為:500-750°C焙燒2-8小時。
【專利摘要】本發明公開了一種γ-Al2O3納米晶粒及其制備方法。本發明的納米γ-Al2O3晶粒是通過將一定濃度的無機鋁鹽溶液與堿性溶液混合后，經水熱晶化而得。水熱產物經焙燒之后，晶型為γ-Al2O3，比表面積為120-180m2/g，顆粒尺寸為15-40nm，厚度為3-6nm。與現有技術中制備的片狀Al2O3顆粒相比，原料價格低廉，制備工藝簡單易行，產物顆粒為納米級尺寸，比表面積較高，可用于催化劑、吸附劑分離等石油化工過程。
【IPC分類】C01F7-30, C01F7-32, B82Y30-00, C01F7-02
【公開號】CN104556160
【申請號】CN201310495683
【發明人】楊衛亞, 凌鳳香, 王少軍, 沈智奇, 季洪海, 王麗華, 郭長友, 孫萬付
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月22日