一种4n高纯拟薄水铝石及其制备方法
阅读说明：本技术 一种4n高纯拟薄水铝石及其制备方法 (4N high-purity pseudo-boehmite and preparation method thereof ) 是由 杜善国 宋科鹏 杨丛林 樊慧芳 赵言培 周峰 孔杰 贾叶凯 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明特别涉及一种4N高纯拟薄水铝石及其制备方法,属于拟薄水铝石技术领域,方法包括：得到高纯氯化铝溶液；将高纯碳酸氢铵溶液和高纯氯化铝溶液连续加入第一溶剂进行前驱体反应,获得白色浆料；将白色浆料进行第一过滤洗涤,获得前驱体滤饼；将前驱体滤饼加入第二溶剂,获得前驱体浆料；将助剂和前驱体浆料混合进行水热处理,后进行第二过滤洗涤,得到拟薄水铝石滤饼；将拟薄水铝石滤饼进行烘干,得到高纯拟薄水铝石,通过控制原料纯度,达到提高产品纯度的目的；反应过程引入底液,可保证氯化铝与碳酸氢铵充分反应,确保前驱体有序析出且晶粒尺寸均匀；水热处理引入助剂调节体系pH,定型拟薄水铝石最终晶型晶貌,达到提高酸分散性的目的。(The invention particularly relates to 4N high-purity pseudoboehmite and a preparation method thereof, belonging to the technical field of pseudoboehmite, and the method comprises the following steps: obtaining high-purity aluminum chloride solution; continuously adding a high-purity ammonium bicarbonate solution and a high-purity aluminum chloride solution into a first solvent for precursor reaction to obtain white slurry; carrying out first filtration washing on the white slurry to obtain a precursor filter cake; adding the precursor filter cake into a second solvent to obtain precursor slurry; mixing the auxiliary agent and the precursor slurry, carrying out hydrothermal treatment, and then carrying out second filtration and washing to obtain a pseudo-boehmite filter cake; drying the pseudo-boehmite filter cake to obtain high-purity pseudo-boehmite, and achieving the purpose of improving the product purity by controlling the purity of raw materials; the base solution is introduced in the reaction process, so that the aluminum chloride and the ammonium bicarbonate can be ensured to fully react, the precursor is ensured to be orderly separated out, and the crystal grain size is uniform; the hydrothermal treatment introduces an auxiliary agent to adjust the pH of the system, and the final crystal morphology of the pseudo-boehmite is shaped, so that the aim of improving the acid dispersibility is fulfilled.)
技术领域
本发明属于拟薄水铝石技术领域，特别涉及一种4N高纯拟薄水铝石及其制备方法。
背景技术
拟薄水铝石是一种微观结构呈片层状的纳米材料，具有较好的孔道分布，常用于催化剂载体。同时，拟薄水铝石产品还具有较好的酸分散性，常用于微晶磨料前驱体、纸张涂覆材料等。
拟薄水铝石生产工艺主要为碳化法、中和法和醇铝法。三种方法各有优劣，其中，醇铝法产品纯度高、晶粒尺寸均匀、分散性好，但由于设备要求高、风险系数大，不易实现工业化；碳化法流程简单、工艺成熟，但由于工艺原理上的缺陷，无法满足拟薄水铝石更高纯度与分散性的要求；中和法原理及合成过程与醇铝法接近，产品性能较碳化法有明显提升，可实现醇铝法工艺的替代，但合成过程产生含硫酸盐或氯酸盐的废液，不易处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种4N高纯拟薄水铝石及其制备方法，解决现有的中和法拟薄水铝石产品纯度低的问题。
本发明实施例提供了一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：
得到氯化铝溶液；
将碳酸氢铵溶液和所述氯化铝溶液连续加入到第一溶剂中，以进行前驱体反应，得到白色浆料；
将所述白色浆料进行第一过滤洗涤，得到前驱体滤饼；
将所述前驱体滤饼加入到第二溶剂中，得到前驱体浆料；
将助剂和所述前驱体浆料混合并进行水热处理，后进行第二过滤洗涤，得到拟薄水铝石滤饼；
将所述拟薄水铝石滤饼进行烘干，得到高纯拟薄水铝石。
可选的，所述得到高纯氯化铝溶液具体包括：
将高纯盐酸配制成盐酸溶液；
将所述盐酸溶液和高纯氢氧化铝进行混合，得到混合物；
将所述混合物进行加热冷凝回流，后进行过滤，得到高纯氯化铝溶液；
其中，所述高纯氢氧化铝的纯度、所述高纯盐酸的纯度和所述高纯碳酸氢铵溶液的纯度均在4N以上。
可选的，所述第一溶剂的体积为所述白色浆料总体积的10％-20％，所述高纯氯化铝溶液和所述高纯碳酸氢铵溶液的体积比为0.3-0.7。
可选的，所述前驱体反应的反应温度为20℃-40℃。
可选的，所述水热处理中所述助剂和所述前驱体浆料混合体系的固含量为5％-15％，所述助剂的加入体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的3％-10％。
可选的，所述助剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、氨水和胆碱中的一种。
可选的，所述水热处理的温度为85℃-135℃，所述水热处理的时间为1.5h-4h。
可选的，所述烘干的烘干温度小于140℃。
可选的，所述第一过滤洗涤的洗涤液体积为所述白色浆料体积的15％以上，所述第二过滤洗涤的洗涤液体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的20％以上。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种4N高纯拟薄水铝石，所述拟薄水铝石采用如上所述的4N高纯拟薄水铝石的制备方法制得。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的4N高纯拟薄水铝石的制备方法，方法包括：得到氯化铝溶液；将碳酸氢铵溶液和所述氯化铝溶液连续加入到第一溶剂中，以进行前驱体反应，得到白色浆料；将所述白色浆料进行第一过滤洗涤，得到前驱体滤饼；将所述前驱体滤饼加入到第二溶剂中，得到前驱体浆料；将助剂和所述前驱体浆料混合并进行水热处理，后进行第二过滤洗涤，得到拟薄水铝石滤饼；将所述拟薄水铝石滤饼进行烘干，得到高纯拟薄水铝石，通过控制原料纯度，达到提高产品纯度的目的；反应过程引入底液，可保证氯化铝与碳酸氢铵充分反应，同时确保前驱体有序析出且晶粒尺寸均匀；水热处理引入助剂调节体系pH，定型拟薄水铝石最终晶型晶貌，达到提高酸分散性的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的
具体实施方式
。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的工艺框图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：
本实施例中，获得高纯氢氧化铝纯度4N以上；获得高纯盐酸，纯度4N以上，浓度38％；获得高纯碳酸氢铵，纯度4N以上；
S1.得到高纯氯化铝溶液；
本实施例中，得到高纯氯化铝溶液具体包括：
S1.1.将高纯盐酸配制成盐酸溶液；
S1.2.将所述盐酸溶液和高纯氢氧化铝进行混合，得到混合物；
S1.3.将所述混合物进行加热冷凝回流，后进行过滤，得到高纯氯化铝溶液；
本实施例中，将所述38％的高纯盐酸配制成浓度为23％的盐酸溶液；向23％的盐酸溶液加入盐酸溶液10％wt的高纯氢氧化铝，加热至沸腾，蒸汽冷凝回流，冷却后过滤获得滤液，制得高纯氯化铝溶液。
将高纯碳酸氢铵配制成200g/L的溶液，过滤获得滤液，制得高纯碳酸氢铵溶液。
S2.将高纯碳酸氢铵溶液和所述高纯氯化铝溶液连续加入至第一溶剂进行前驱体反应，得到白色浆料；
具体而言，将反应容器内加入去离子水，高纯氯化铝溶液与高纯碳酸氢铵溶液分别通过恒流泵匀速加入反应容器中，合成白色料浆；整个过程持续搅拌，直至料浆达到一定液量后，停止高纯氯化铝溶液与高纯碳酸氢铵溶液的加入。
作为一种可选的实施方式，所述第一溶剂的体积为所述白色浆料总体积的10％-20％，所述高纯氯化铝溶液和所述高纯碳酸氢铵溶液的体积比为0.3-0.7。
控制第一溶剂的体积为所述白色浆料总体积的10％-20％，若液量高于20％，会导致料浆固含过低，水量消耗大，若液量低于10％，会导致体系浓度过高，不利于前驱体有序析出。
控制高纯氯化铝溶液和所述高纯碳酸氢铵溶液的体积比为0.3-0.7，若高于0.7，体系pH过大，前驱体晶相发生转变，若低于0.3，体系pH过低，前驱体无法析出
作为一种可选的实施方式，所述前驱体反应的反应温度为20℃-40℃。
控制前驱体反应的反应温度为20℃-40℃，若温度高于40℃，会导致前驱体晶相发生转变，若体系温度低于20℃，会影响氯化铝与碳酸氢铵的溶解度。
S3.将所述白色浆料进行第一过滤洗涤，得到前驱体滤饼；
具体而言，停止搅拌之后过滤洗涤，获得前驱体滤饼。
作为一种可选的实施方式，所述第一过滤洗涤的洗涤液体积为所述白色浆料体积的15％以上。
控制第一过滤洗涤的洗涤液体积为所述白色浆料体积的15％以上，若低于15％时，前驱体氯离子残留过高，不易保证纯度。
S4.将所述前驱体滤饼加入第二溶剂，得到前驱体浆料；
具体而言，滤饼加水制成前驱体浆料。
S5.将助剂和所述前驱体浆料混合进行水热处理，后进行第二过滤洗涤，得到拟薄水铝石滤饼；
具体而言，向前驱体浆料加入助剂水热处理后再次过滤洗涤，获得拟薄水铝石滤饼。
作为一种可选的实施方式，所述水热处理中所述助剂和所述前驱体浆料混合体系的固含量为5％-15％，所述助剂的加入体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的3％-10％。
控制水热处理中所述助剂和所述前驱体浆料混合体系的固含量为5％-15％，若高于15％，最终产物晶粒尺寸分布不均，若低于5％，水量消耗过大。
控制助剂的加入体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的3％-10％，若高于10％，体系pH过高，最终产物转相，若低于3％，体系羟基动力不足，无法完善最终产物晶相。
作为一种可选的实施方式，所述助剂包括碳酸氢铵、碳酸铵、氨水和胆碱中的一种。
作为一种可选的实施方式，所述水热处理的温度为85℃-135℃，所述水热处理的时间为1.5h-4h。
控制水热处理的温度为85℃-135℃，若高于135℃，最终产物转相，若低于85℃，产物晶相发育不完善。控制水热处理的时间为1.5h-4h，若高于4h后体系不再发生变化，若低于1.5h，产物晶相发育不完善。
作为一种可选的实施方式，所述第二过滤洗涤的洗涤液体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的20％以上。
控制第二过滤洗涤的洗涤液体积为所述助剂和所述前驱体浆料混合体系总体积的20％以上，若低于20％时，产物杂质残留过高，不易保证纯度。
S6.将所述拟薄水铝石滤饼进行烘干，得到高纯拟薄水铝石。
作为一种可选的实施方式，所述烘干的烘干温度小于140℃。
控制烘干的烘干温度小于140℃，若超过140℃，滤饼晶相发生转变
根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种4N高纯拟薄水铝石，所述拟薄水铝石采用如上提供的4N高纯拟薄水铝石的制备方法制得。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的4N高纯拟薄水铝石及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.3，25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例2
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.7,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例3
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,20℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例4
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,40℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例5
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，85℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例6
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，135℃水热处理3h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例7
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理1.5h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例8
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL氨水，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例9
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入90mL氨水，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例10
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入300mL氨水，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例11
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL饱和碳酸氢铵溶液(25℃)，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例12
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL饱和碳酸铵溶液(25℃)，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
实施例13
一种4N高纯拟薄水铝石的制备方法，所述方法包括：在5L的反应容器中加入700mL的去离子水，取高纯氯化铝溶液和高纯碳酸氢铵溶液，分别通过恒流泵加入到反应容器中，控制搅拌速度400r/min，氯化铝溶液与碳酸氢铵溶液体积比为0.55,25℃反应至5L时停止进料，停止搅拌，过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤。滤饼加入去离子水制成3L料浆，加入100mL饱和胆碱溶液(25℃)，98℃水热处理4h，料浆过滤后滤饼加入1L去离子水洗涤，滤饼经100℃烘干后，得到高纯高分散拟薄水铝石，产品纯度为4N以上。
对比例1
市场购得国内某公司拟薄水铝石产品。
对比例2
市场购得国外某公司拟薄水铝石产品。
实验例
将实施例1-13和对比例1-2提供的拟薄水铝石进行纯度与酸分散性能指标测试，测试结果如下表所示。
由上表可得，采用本方法制得的拟薄水铝石纯度高，酸分散性好，本方法可有效降低拟薄水铝石酸分散后胶体的表观粘度。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例提供的方法通过控制原料纯度，达到提高产品纯度的目的；反应过程引入底液，可保证氯化铝与碳酸氢铵充分反应，同时确保前驱体有序析出且晶粒尺寸均匀；水热处理引入助剂调节体系pH，定型拟薄水铝石最终晶型晶貌，达到提高酸分散性的目的；
(2)本发明实施例提供的方法所得的拟薄水铝石纯度高，酸分散性好，晶粒尺寸分布均匀，孔径分布集中，更适用于涂覆、磨料、陶瓷粘结剂、高端催化剂等领域；
(3)本发明实施例提供的方法可有效降低拟薄水铝石酸分散后胶体的表观粘度。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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