一種表面包覆改性勃姆石及其製備方法
2023-09-15 18:08:55 1
專利名稱：一種表面包覆改性勃姆石及其製備方法
技術領域：
本發明屬於無機粉體納米材料製備技術領域，特別涉及一種結晶度高、分散性好的表面包覆改性勃姆石及其製備方法。
背景技術：
氧化鋁具有耐高溫，耐磨性，較好的熱傳導性、穩定性，成本低廉等優點，廣泛應用於工業陶瓷、醫學、電磁學、催化劑等方面，目前氧化鋁的製備方法有很多種。其中勃姆石(Y -A100H)又名一水軟鋁石，是沉澱法製備氧化鋁常見的前驅體，且勃姆石是鋁土礦中的一種，可以用於建築材料。製備出性能優良的勃姆石是合成高質量的超細氧化鋁的基礎。目前勃姆石的製備方法有很多種，包括沉澱法、溶膠-懸浮液法、水熱法，不同的製備方法得到Y -A100H粉體的結晶度差別很大，其中沉澱法和溶膠-懸浮液法製備得到的Y -A100H粉體結晶度差，且純度不高。水熱法是將鋁鹽和鹼液置於密閉的高壓高溫反應釜中經長時間成核晶化，能獲得結晶度高的Y -A100H粉體。通過改變水熱反應條件，能有效地控制粉末的粒度和形貌，在較低溫度下獲得純度高、結晶度好的粉體。經水熱反應製備得到的Y-A100H由於表面存在大量羥基，在乾燥過程中因不同顆粒間的羥基脫水使顆粒之間形成氧橋鍵而發生團聚，使得粉體的分散性變差和粒徑增大，降低粉體的性能，從而影響高溫煅燒製備氧化鋁的性能。因此通過表面包覆改性的方案，改善粉體的性能。目前文獻報導中很少涉及Y-A100H粉體的表面改性。一般粉體表面改性的方法有幹法和溼法兩種。但在幹法改性之前，粉體在烘乾時因脫水已發生團聚，只能改變粉體的表面性能，不能很好地改善粉體的分散性。為有效防止粉體顆粒間的團聚，應在粉體顆粒產生化學團聚之前進行表面改性。常用的方法是在粉體乾燥前進行溼法改性。粉體溼法表面改性的方法非常多，但由於大多改性劑多為易水解的有機物，所以用水作為溶劑的改性效果較差。以有機物為溶劑進行改性，存在著毒性和危險性，不利於改性操作，且改性成本較高。`
發明內容
本發明的目的在於提供一種結晶度高、分散性好的表面包覆改性勃姆石及其製備方法。本發明以水為溶劑、硫酸鋁為鋁源、氫氧化鈉為沉澱劑，經水熱反應得到勃姆石懸浮液；然後以水為溶劑、聚乙二醇為改性劑，硼砂為引發劑，對經水熱反應得到的未乾燥的勃姆石進行表面包覆改性。本發明的具體製備步驟如下:I)分別配製硫酸鋁溶液和氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為8-10，得到氫氧化鋁懸浮液；2)將氫氧化招懸浮液移入高壓爸，140-230°C下反應3_8h後冷卻至室溫,去離子水離心洗滌，直至濾液中無硫酸根離子，然後將7-10g濾餅分散在100-400ml去離子水中，攪拌l-2h，形成均勻的懸浮液；3)取0.1-0.3g聚乙二醇溶解於10_20ml去離子水，然後加入步驟2)得到的懸浮液中，攪拌l_2h後，加入10-20ml硼砂溶液，硼砂溶液中含硼砂0.05-0.15g，繼續攪拌20-30min，去離子水離心洗滌，最後置於120_150°C烘箱中乾燥2_3h，即得到表面包覆改性
勃姆石。步驟I)所述的硫酸鋁溶液的濃度為0.15-0.45mol/L ;所述的氫氧化鈉溶液的濃度為 1.5_4mol/L。步驟3)所述的聚乙二醇的分子量為5500-7500。步驟3)得到表面包覆改性勃姆石的粒徑為50_400nm，zeta電位為5_20。本發明的優點在於:用水熱反應製備勃姆石，濾餅在乾燥時顆粒之間表面的羥基因脫水形成氧橋而團聚，是影響勃姆石粉體質量的主要因素。因此本發明採用表面包覆的原理對勃姆石濾餅進行改性，即使用聚乙二醇對勃姆石濾餅在水介質中進行表面改性，使聚乙二醇包覆在勃姆石粉體表面，減少乾燥過程中不同顆粒之間因羥基脫水而發生的團聚現象，達到改善勃姆石粉體的分散性的效果。同時，本發明以水為溶劑，避免了使用有機溶劑產生的毒性和危險性，以及環境汙染問 題。本發明得到的表面包覆改性的勃姆石粉體的粒徑分布均勻且小，結晶度高，分散性好，形貌清晰呈片狀。該製備方法操作簡便，降低了改性過程的成本，並解決了目前幹法改性時產品分散性差的問題。
圖1為實施例1得到的表面包覆改性勃姆石的粒度分布圖。圖2為實施例1得到的表面包覆改性勃姆石的zeta電位圖。圖3為實施例1得到的表面包覆改性勃姆石的掃描電鏡圖。圖4為對比例I經水熱反應製得的勃姆石的X射線衍射分析圖。圖5為對比例I經水熱反應製得的勃姆石的粒度分布圖。圖6為對比例I經水熱反應製得的勃姆石的zeta電位圖。圖7為對比例I經水熱反應製得的勃姆石的掃描電鏡圖。
具體實施例方式實施例1I)稱取60g的硫酸鋁(Al3SO4.18H20)溶於300ml去離子水中得到硫酸鋁溶液，稱取23g氫氧化鈉(NaOH)溶於200ml去離子水得到氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液緩慢滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為9，得到氫氧化鋁懸浮液；2)將氫氧化鋁懸浮液移入高壓釜中，180°C下反應3h後冷卻至室溫，去離子水離心洗滌，直至用氯化鋇溶液檢測濾液無硫酸根離子，然後將濾餅直接分散在IOOml去離子水，在室溫下快速攪拌2h，形成均勻的懸浮液，懸浮液的pH值為7 ;3)取0.3g分子量為6000的聚乙二醇溶解於IOml去離子水中，然後加入步驟2)得到的懸浮液中，在室溫下快速攪拌Ih後，加入IOml含有0.15g硼砂的水溶液，繼續攪拌30min，去離子水離心洗滌，最後置於120°C烘箱中乾燥3h，即得到表面包覆改性勃姆石。表面包覆改性勃姆石粉體的粒度分布圖和zeta電位分別見圖1、2，表面改性後的粉體粒徑小，在IOOnm左右，表面電荷發生了變化，其zeta電位值為20，粉體的穩定性提高。掃描電鏡圖見圖3，表面改性後的粉體形貌清晰呈片狀，且晶界清晰，分散性好。改性後的粉體的X射線衍射分析圖與對比例I中的相似。實施例2I)稱取60g的硫酸鋁(Al3SO4.18H20)溶於300ml去離子水中得到硫酸鋁溶液，稱取23g氫氧化鈉(NaOH)溶於200ml去離子水得到氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液緩慢滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為9，得到氫氧化鋁懸浮液；2)將氫氧化鋁懸浮液移入高壓釜中，230°C下反應3h後冷卻至室溫，去離子水離心洗滌，直至用氯化鋇溶液檢測濾液無硫酸根離子，然後將濾餅直接分散在IOOml去離子水，在室溫下快速攪拌2h，形成均勻的懸浮液，懸浮液的pH值為7 ;3)取0.3g分子量為6000的聚乙二醇溶解於IOml去離子水中，然後加入步驟2)得到的懸浮液中，在室溫下快速攪拌2h後，加入IOml含有0.15g硼砂的水溶液，繼續攪拌30min，去離子水離心洗滌，最後置於120°C烘箱中乾燥3h，即得到表面包覆改性勃姆石。上述得到的表面包覆改性勃姆石粉體的X射線衍射分析圖、掃描電鏡圖與實施例1中的相似,但粉體的粒徑有80%分布在60nm左右，其餘分布在400nm附近；zeta電位為
14.1。實施例3I)稱取60g的硫酸鋁(Al3SO4.18H20)溶於300ml去離子水中得到硫酸鋁溶液，稱取23g氫氧化鈉(NaOH)溶於200ml去離子水得到氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液緩慢滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為9，得到氫氧化鋁懸浮液；2)將氫氧化鋁懸浮·液移入高壓釜中，180°C下反應3h後冷卻至室溫，去離子水離心洗滌，直至用氯化鋇溶液檢測濾液無硫酸根離子，然後將濾餅直接分散在400ml去離子水，在室溫下快速攪拌2h，形成均勻的懸浮液，懸浮液的pH值為7 ;3)取0.2g聚乙二醇溶解於IOml去離子水中，然後加入步驟2)得到的懸浮液中，在室溫下快速攪拌Ih後,加入IOml含有0.15g硼砂的水溶液,繼續攪拌30min,去離子水離心洗滌，最後置於120°C烘箱中乾燥3h，即得到表面包覆改性勃姆石。上述得到的表面包覆改性勃姆石粉體的X射線衍射分析圖、掃描電鏡圖與實施例1中的相似,粒徑分布在300nm左右；zeta電位為5.5。對比例II)稱取60g的硫酸鋁(Al3SO4.18H20)溶於300ml去離子水中得到硫酸鋁溶液，稱取23g氫氧化鈉(NaOH)溶於200ml去離子水得到氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液緩慢滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為9，得到氫氧化鋁懸浮液；2)將氫氧化鋁懸浮液移入高壓釜中，180°C下反應3h後冷卻至室溫，去離子水離心洗滌，直至用氯化鋇溶液檢測濾液無硫酸根離子，最後將濾餅置於120°C烘箱中乾燥3h，即可得到勃姆石粉體。圖4是氫氧化鋁懸浮液經水熱反應得到的粉體的X射線衍射分析圖。由圖可知，粉體為結晶度高的晶體，對照標準譜圖可知，該粉體為勃姆石。粉體勃姆石的粒度分布和表面電荷情況見圖5、6，粉體的粒徑在1-2 μ m，表面的電荷為負電荷，zeta電位為-2.76。粉體的掃描電鏡圖見圖7，說明粉體的形貌為片狀，存在嚴重的團聚現象，分散性差。
權利要求
1.一種表面包覆改性勃姆石的製備方法，其特徵在於，該方法以水為溶劑、硫酸鋁為鋁源、氫氧化鈉為沉澱劑，經水熱反應得到勃姆石懸浮液；然後以水為溶劑、聚乙二醇為改性齊U，硼砂為引發劑，對經水熱反應得到的未乾燥的勃姆石進行表面包覆改性。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，其具體製備步驟如下: 1)分別配製硫酸鋁溶液和氫氧化鈉溶液，在不斷攪拌下，將氫氧化鈉溶液滴入硫酸鋁溶液中直至PH值為8-10，得到氫氧化鋁懸浮液； 2)將氫氧化鋁懸浮液移入高壓釜，140-230°C下反應3-8h後冷卻至室溫，去離子水離心洗滌，直至濾液中無硫酸根離子，然後將7-10g濾餅分散在100-400ml去離子水中，攪拌l-2h，形成均勻的懸浮液； 3)取0.1-0.3g聚乙二醇溶解於10-20ml去離子水，然後加入步驟2)得到的懸浮液中，攪拌l-2h後，加入10-20ml硼砂溶液，硼砂溶液中含硼砂0.05-0.15g，繼續攪拌20_30min，去離子水離心洗滌，最後置於120-150°C烘箱中乾燥2-3h，即得到表面包覆改性勃姆石。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟I)所述的硫酸鋁溶液的濃度為0.15-0.45mol/L ;所述的氫氧化鈉溶液的濃度為1.5-4mol/L。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟3)所述的聚乙二醇的分子量為5500-7500。
5.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，步驟3)得到表面包覆改性勃姆石的粒徑為50-400nm，zeta電位為5-20。
全文摘要
本發明公開了屬於無機粉體納米材料製備技術領域的一種結晶度高、分散性好的表面包覆改性勃姆石及其製備方法。該方法以水為溶劑、硫酸鋁為鋁源、氫氧化鈉為沉澱劑，經水熱反應得到結晶度高的勃姆石懸浮液；然後以水為溶劑、聚乙二醇為改性劑，硼砂為引發劑，對經水熱反應得到的未乾燥的勃姆石進行表面包覆改性，改變其表面性質，改善了勃姆石粉體的分散性和粒徑。本發明以水為溶劑，避免了使用有機溶劑產生的毒性和危險性，以及環境汙染問題。本發明得到的表面包覆改性的勃姆石粉體的粒徑分布均勻且小，結晶度高，分散性好，形貌清晰呈片狀。該製備方法操作簡便，降低了改性過程的成本，並解決了目前幹法改性時產品分散性差的問題。
文檔編號C01F7/02GK103232050SQ20131014648
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者金鑫, 朱梅琴 申請人:北京化工大學