共生沉澱－升華法製備超細氫氧化鋁的方法
2023-04-30 18:57:56 2
專利名稱：共生沉澱－升華法製備超細氫氧化鋁的方法
技術領域：
本發明涉及一種共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法。
背景技術：
氫氧化鋁是一種重要的無機化工產品，用途十分廣泛。可用作油墨的增稠劑，也是鋁鹽、搪瓷、陶瓷、玻璃器皿和潤滑劑製造的原料。還可以用於製造各種催化劑載體，以及防水織物、紙張填料、媒染劑、淨水劑等。此外，氫氧化鋁、氫氧化鎂是當前公認並具有填充、阻燃和抑煙三重功能的阻燃劑，也是用量最大的阻燃劑。相對而言，氫氧化鋁的燃燒速率較慢，因而其阻燃性能更好，由於氫氧化鋁中的結晶水含量高達34.46％，水受熱變成水蒸氣時需從周圍吸取大量熱能，因此，燃燒時吸熱降溫效果突出。氫氧化鋁本身無毒無味，使用時非但不產生有害物質，而且還能中和燃燒過程中所產生的酸性和腐蝕性氣體，是一種環保型綠色阻燃劑。
氫氧化鋁粒徑大小直接影響其產品使用性能。尤其是作為阻燃劑使用，有文獻報導，其粒徑愈小，比表面積就愈大，阻燃效果就愈好，同時，超細化的阻燃劑增強了與材料的親和性，能夠更均勻地分散在基體材料中，並可起到使材料增塑增強的效果，也解決了其影響力學性能這一難題。因此，利用特殊技術製得納米級(至少有一維尺寸小於100nm)的氫氧化鋁，不僅能提高阻燃性，而且有望使體系力學性能等多項綜合指標得到提高，其應用無疑將是十分廣泛的。
目前，有關超細氫氧化鋁的製備方法有很多種，歸納起來有超重力離心法、鋁酸鈉溶液碳酸化分解法、鋁鹽一醇鹽水解製備法、共沉澱法等。
發明內容
本發明的目的在於提供一種共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下採用結晶或無水三氯化鋁為原料，通過構建三氯化鋁-有機溶劑-水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉澱劑，產生共生沉澱物，這種共生沉澱物包含兩種成分，一為目標產物——氫氧化鋁，另一為可加熱升華的物質——氯化銨，將此共生沉澱物濾去溶劑並洗滌，先在溶劑沸點與升華溫度之間進行乾燥處理，再將乾燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發完畢即得氫氧化鋁超細粉體；具體過程如下
1)將三氯化鋁與有機溶劑、水配製成質量濃度為5～30％的三氯化鋁溶液，備用；2)在攪拌下，向上述三氯化鋁溶液中加入氨水或通入氨氣，在10～60℃下，反應60～600min；3)反應結束後，將共生沉澱物過濾，用有機溶劑洗滌2～3次；4)先將濾餅在40～100℃常壓或真空條件下乾燥1～4h，然後在100～200℃下乾燥至氯化銨基本升華完全即得超細氫氧化鋁粉體。
所述的有機溶劑是能夠溶解三氯化鋁而對氯化銨不溶或難溶的溶劑，溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙醚、氯仿或四氯化碳。
所述的三氯化鋁溶液的質量濃度範圍是三氯化鋁為5～30％，有機溶劑為50～95％，水為0～30％。
所述的沉澱劑氨水或氨氣，其濃度範圍是25～100％，與三氯化鋁的mol比為1.5～3.5。
本發明具有的有益效果是①在氫氧化鋁的形成階段各固體粒子間即被氯化銨隔離開，避免了重結晶現象；②由於是共生沉澱，故製備同樣粒徑超細粉體的沉澱物粒度相對較大，過濾操作相應容易；③在初級乾燥處理沉澱物階段還混有升華劑，故可抑制目標產物粒子之間直接進行接觸；④進行升華操作時，避免了汽-液兩相共存，消除了表面張力的作用，由於升華劑成分是以氣態直接逸出，伴有輕微的「崩解」作用，避免了因結構塌陷、收縮而引起的目標產物直接團聚的現象。
利用本發明提供的工藝製備超細氫氧化鋁，工藝簡單、方便易行，無須特殊設備，投資小，工藝參數便於控制，所得產品的純度超過99％，顆粒粒徑一般在50～100nm之間。
具體實施例方式
實施例1首先，將結晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入1800g無水乙醇(或甲醇、異丙醇)中，配製成質量濃度約6.5％的三氯化鋁、88.2％乙醇、5.3％水溶液備用，然後在20～25℃下，將濃度為25～28％的氨水238g加入三氯化鋁-乙醇-水溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為3.5，攪拌反應120min後，經過濾、乙醇洗滌2～3次，在60℃、0.09MPa真空條件下乾燥3h，然後在200℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～80nm之間，產品純度為99.3％。
實施例2首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g緩慢溶入2500g無水乙醇(或甲醇、異丙醇)中，配製成質量濃度約5％的三氯化鋁、95％乙醇溶液，然後在10～15℃攪拌下，將濃度為25～28％的氨水136g加入三氯化鋁-乙醇溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為2，攪拌反應180min後，經過濾、乙醇洗滌2～3次、80℃、0.09MPa真空條件下乾燥2h，然後在100～110℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～70nm之間，產品純度為99.8％。
實施例3首先，將結晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入425g濃度為95％的乙醇中，配製成質量濃度約20％的三氯化鋁、60.6％乙醇、19.4％水溶液備用，然後在25～30℃攪拌下，緩慢通入氨氣反應600min，氨氣通入總量約為3mol，最後經過濾、乙醇洗滌2～3次、80℃、0.09MPa真空條件下乾燥1h，170℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～100nm之間，產品純度為99.6％。
實施例4首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入311.5g濃度為70％的乙醇中，配製成質量濃度約30％的三氯化鋁、50％乙醇、20％水溶液備用，另外在高壓容器中用普通氨水與氨氣配製成濃度為50％的氨水備用；然後在15～20℃攪拌下，加入上述濃氨水95g，氨與三氯化鋁的mol比為2.5，攪拌反應300min。最後經過濾、乙醇洗滌2～3次，在60℃、0.09MPa真空條件下乾燥3h，150℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在70～100nm之間，產品純度為99.2％。
實施例5首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入1202g濃度為68％的乙醇中，配製成質量濃度約10％的三氯化鋁、60％乙醇、30％水溶液備用，然後在攪拌下，將濃度為25～28％的氨水102g加入三氯化鋁-乙醇-水溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為1.5，攪拌反應120min後，經過濾、乙醇洗滌2～3次、100℃常壓乾燥4h，180℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～100nm之間，產品純度為99.5％。
實施例6首先，將結晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入2300g丙酮中，配製成質量濃度約5.2％的三氯化鋁、90.6％丙酮、4.2％水溶液備用，然後在攪拌下，迅速將濃度為25～28％的氨水110g加入三氯化鋁-丙酮-水溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為1.6，攪拌反應60min。最後經過濾、乙醇洗滌2～3次、100℃常壓下乾燥3h，160℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～80nm之間，產品純度為99.6％。
實施例7首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入2200g氯仿中，配製成質量濃度約5.7％的三氯化鋁、94.3％氯仿溶液備用，然後在攪拌下，迅速將濃度為25～28％的氨水136g加入三氯化鋁-氯仿溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為2，攪拌反應120min。最後經過濾、乙醇洗滌2～3次，在50℃、0.09MPa真空條件下乾燥3h，180℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～70nm之間，產品純度為99.8％。
實施例8首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入2100g乙醚中，配製成質量濃度約6.0％的三氯化鋁、94％乙醚溶液備用，然後在攪拌下，迅速將濃度為25～28％的氨水102g加入三氯化鋁-乙醚溶液中，氨與三氯化鋁的mol比為1.5，攪拌反應180min。最後經過濾、乙醇洗滌2～3次，在40℃、0.09MPa真空條件下乾燥4h，160℃下乾燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產品粒徑範圍在50～75nm之間，產品純度為99.3％。
權利要求
1.共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法，其特徵在於採用結晶或無水三氯化鋁為原料，通過構建三氯化鋁-有機溶劑-水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉澱劑，產生共生沉澱物，這種共生沉澱物包含兩種成分，一為目標產物——氫氧化鋁，另一為可加熱升華的物質——氯化銨，將此共生沉澱物濾去溶劑並洗滌，先在溶劑沸點與升華溫度之間進行乾燥處理，再將乾燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發完畢即得氫氧化鋁超細粉體。具體過程如下1)將三氯化鋁與有機溶劑、水配製成質量濃度為5～30％的三氯化鋁溶液，備用；2)在攪拌下，向上述三氯化鋁溶液中加入氨水或通入氨氣，在10～60℃下，反應60～600min；3)反應結束後，將共生沉澱物過濾，用有機溶劑洗滌2～3次；4)先將濾餅在40～100℃常壓或真空條件下乾燥1～4h，然後在100～200℃下乾燥至氯化銨基本升華完全即得超細氫氧化鋁粉體。
2.根據權利要求1所述的共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法，其特徵在於所述的有機溶劑是能夠溶解三氯化鋁而對氯化銨不溶或難溶的溶劑，溶劑為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙醚、氯仿或四氯化碳。
3.根據權利要求1所述的共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法，其特徵在於所述的三氯化鋁溶液的質量濃度範圍是三氯化鋁為5～30％，有機溶劑為50～95％，水為0～30％。
4.根據權利要求1所述的共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法，其特徵在於所述的沉澱劑氨水或氨氣，其濃度範圍是25～100％，與三氯化鋁的mol比為1.5～3.5。
全文摘要
本發明公開了一種共生沉澱—升華法製備超細氫氧化鋁的方法。採用結晶或無水三氯化鋁為原料，通過構建三氯化鋁－有機溶劑－水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉澱劑，產生共生沉澱物，這種共生沉澱物包含兩種成分，一為目標產物——氫氧化鋁，另一為可加熱升華的物質——氯化銨，將此共生沉澱物濾去溶劑並洗滌，先在溶劑沸點與升華溫度之間進行乾燥處理，再將乾燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發完畢即得氫氧化鋁超細粉體。利用本發明提供的工藝製備超細氫氧化鋁，工藝簡單、方便易行，無須特殊設備，投資小，工藝參數便於控制，所得產品無團聚現象，純度超過99％，顆粒粒徑一般在50～100nm之間。
文檔編號C01F7/00GK1752008SQ20051006115
公開日2006年3月29日 申請日期2005年10月18日 優先權日2005年10月18日
發明者宋錫瑾, 王傑 申請人:浙江大學