阅读说明：本技术 一种球形纳微米氧化铝的制备方法 (Preparation method of spherical nano-micron alumina ) 是由 车圆圆 杨柳 杨振 张耀洁 刘嘉琪 张志浩 于 2021-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种球形纳微米氧化铝的制备方法,包括以下步骤：将可溶性铝盐作为铝源溶于去离子水中,搅拌至溶解；分别加入分散剂和沉淀剂,混合搅拌；升温至90-200℃,恒温反应2-24小时；冷却至室温,经过洗涤、干燥和煅烧得到球形纳微米氧化铝粉末。本发明通过铝盐的水热沉淀生成了纳米氧化铝的前驱体,继而高温煅烧生成了的纳米氧化铝,生长过程可控,通过调控硫酸盐和硝酸盐的比例可控制产物的尺寸大小,合成的氧化铝尺寸分布窄,分散均匀,在涂料、化妆品、塑料和橡胶等作为添加剂具有很好的应用前景。(The invention discloses a preparation method of spherical nano-micron alumina, which comprises the following steps: dissolving soluble aluminum salt as an aluminum source in deionized water, and stirring until the soluble aluminum salt is dissolved; respectively adding a dispersant and a precipitator, mixing and stirring; heating to 90-200 ℃, and reacting for 2-24 hours at constant temperature; cooling to room temperature, washing, drying and calcining to obtain the spherical nano-micron aluminum oxide powder. According to the invention, the precursor of the nano-alumina is generated through the hydrothermal precipitation of the aluminum salt, and then the generated nano-alumina is calcined at high temperature, the growth process is controllable, the size of the product can be controlled by regulating the proportion of the sulfate and the nitrate, the size distribution of the synthesized alumina is narrow, the dispersion is uniform, and the nano-alumina has a good application prospect as an additive in coatings, cosmetics, plastics, rubber and the like.)

一种球形纳微米氧化铝的制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种球形纳微米氧化铝的制备方法。

背景技术

氧化铝广泛应用于许多领域，如陶瓷、涂料、催化剂和抛光或研磨磨具，具有耐腐蚀、耐高温、耐磨损、高强度、等一系列优异性能。氧化铝纳米颗粒的尺寸、形貌和分散性对陶瓷的成型、烧结过程，甚至对材料的力学性能都有很大的影响。球形氧化铝粉末具有良好的成形和烧结性能，由于其高导热系数，良好的流动性和大体积密度，常常应用于印刷陶瓷、集成电路的芯片材料。为了实现高性能陶瓷，制备尺寸可控、分散良好的球形氧化铝颗粒是必不可少的。

尽管不同形貌的氧化铝纳米材料被相继报道，如氧化铝纤维、片状氧化铝、纳米棒等，合成方法也很多，包括气相法、微波法、反相微乳液法、液相法等，尽管已有合成氧化铝的文献，如张昭等人(Synthesis of Hierarchical Leaf Cluster Nanoalumina bySolvothermal Approach)采用硝酸铝和尿素在反应釜中加热得到白色沉淀，最后煅烧得到氧化铝白色粉末，虽然粒径较小，但是纳米颗粒近球形无定型，且有团聚现象，影响复合材料等的性能。王等人(Preparation and characterization ofAl₂O₃ Nanoparticles withdodecyltrimethyl ammonium bromideas surfactant)采用均相沉淀法，用硝酸铝、尿素和表面活性剂分散在水中，加热形成胶体，进而形成前驱体白色沉淀，最后高温煅烧得到氧化铝，该合成方法粒径均匀，但形状为无定型，不规则。因此合成分散的尺寸可控的球形非晶氧化铝颗粒仍然是一个挑战。

发明内容

本发明提供了一种温和的均相沉淀法的制备球形纳米氧化铝的方法，该方法工艺简单，成本较低，可制备纳米至微米级的球形氧化铝粉体。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种球形纳微米氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

(1)将可溶性铝盐作为铝源溶于去离子水中，搅拌至溶解；

(2)分别加入分散剂和沉淀剂，混合搅拌；

(3)升温至90-200℃，恒温反应2-24小时；

(4)冷却至室温，经过洗涤、干燥和煅烧得到球形纳微米氧化铝粉末。

按上述方案，步骤1所述的铝源为十八水合硫酸铝或九水合硝酸铝或二者的混合。

按上述方案，步骤1中铝离子浓度为1mmol/L-0.1mol/L。

按上述方案，步骤2所述分散剂为聚乙二醇或聚丙烯酸钠。

按上述方案，步骤2所述沉淀剂为甲酰胺、氨水或尿素。

按上述方案，步骤2中分散剂用量与铝离子摩尔比为(20-2500):1，沉淀剂的用量与铝离子的摩尔比(0.5-30):1。

按上述方案，步骤2搅拌时间为30min-120min。

按上述方案，步骤4的煅烧温度为600-1100℃，煅烧时间1-2h。

本发明的反应体系在一定的温度下，加入的沉淀剂发生分解产生氢氧根，与铝盐提供的铝离子产生均相沉淀，得到氧化铝前驱体颗粒；所述沉淀在低的pH值下出现的比较慢，因此前驱体生长缓慢，形成了粒径分布比较窄的球形颗粒；最后进行高温煅烧形成了氧化铝颗粒。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

通过铝盐的水热沉淀生成了纳米氧化铝的前驱体，继而高温煅烧生成了的纳米氧化铝，生长过程可控，通过调控硫酸盐和硝酸盐的比例可控制产物的尺寸大小，合成的氧化铝尺寸分布窄，分散均匀，在涂料、化妆品、塑料和橡胶等作为添加剂具有很好的应用前景。

附图说明

图1：实施例1所得前驱体红外图；

图2：实施例1煅烧后所得氧化铝颗粒红外图；

图3：实施例1所得氧化铝颗粒粒径分布图；

图4：实施例2所得氧化铝颗粒粒径分布图；

图5：实施例3所得氧化铝颗粒粒径分布图。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

实施例1

称取0.076g十八水合硫酸铝和0.064g九水合硝酸铝，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将4ml聚乙二醇400和0.8g聚乙二醇6000以及10ml甲酰胺加入到上述溶液中，室温下搅拌反应120min；

然后在油浴锅里120℃反应2h得到氧化铝前驱体颗粒，其红外图见图1所示；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后600℃煅烧2h，得到平均粒径为51纳米的球形氧化铝颗粒，其红外图见图2所示；所得氧化铝颗粒粒径分布图见图3所示。

实施例2

称取0.0615g十八水合硫酸铝和0.081g九水合硝酸铝，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将10ml聚乙二醇400和2g聚乙二醇6000以及40ml甲酰胺加入到上述溶液中，室温下搅拌反应90min；

然后在油浴锅里200℃反应2h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后600℃煅烧2h，得到平均粒径为37纳米的球形氧化铝颗粒；所得氧化铝颗粒粒径分布图见图4所示。

实施例3

称取0.044g十八水合硫酸铝和0.1g九水合硝酸铝，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将5ml聚乙二醇200和1g聚乙二醇6000以及10ml尿素加入到上述溶液中，室温下搅拌反应60min；

然后在油浴锅里180℃反应4h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后700℃煅烧1h，得到平均粒径为25纳米的球形氧化铝颗粒；所得氧化铝颗粒粒径分布图见图5所示。

实施例4

称取4.44g十八水合硫酸铝和10.00g九水合硝酸铝，使铝离子的浓度为0.1mol/L，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将10ml聚乙二醇200和0.8g聚乙二醇6000以及100ml尿素加入到上述溶液中，室温下搅拌反应30min；

然后在油浴锅里150℃反应12h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后800℃煅烧2h，得到平均粒径为1微米的球形氧化铝颗粒。

实施例5

称取7.616g十八水合硫酸铝和6.428g九水合硝酸铝，使铝离子的浓度为0.1mol/L，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将5ml聚丙烯酸钠以及10ml尿素加入到上述溶液中，室温下搅拌反应60min；

然后在油浴锅里130℃反应12h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后800℃煅烧2h，得到平均粒径为2微米的球形氧化铝颗粒。

实施例6

称取0.332g十八水合硫酸铝，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将5ml聚乙二醇400和1g聚乙二醇6000以及10ml氨水加入到上述溶液中，室温下搅拌反应90min；

然后在油浴锅里120℃反应24h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后900℃煅烧1h，得到平均粒径为120纳米的球形氧化铝颗粒。

实施例7

称取0.375g九水合硝酸铝，加入到400ml去离子水中，充分搅拌至溶解；

再将10ml聚乙二醇400和2g聚乙二醇6000以及10ml氨水加入到上述溶液中，室温下搅拌反应60min；

然后在油浴锅里90℃反应24h；

冷却至室温，过滤，洗涤，沉淀在烘箱中干燥48h，然后1100℃煅烧1h，得到平均粒径为20纳米的球形氧化铝颗粒。