專利名稱：一種電化學(xué)法制備納米氧化鋁粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁的制備方法，特別涉及一種電化學(xué)法制備納米氧化鋁粉體的方法。
背景技術(shù)：
納米氧化鋁是一種粒徑為riOOnm的超微顆粒，具有極強(qiáng)的體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，使其在高強(qiáng)度、高硬度、抗磨損、耐腐蝕、耐高溫等方面具有優(yōu)異的特性，目前已作為一種新型功能材料和結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于軍工、汽車、冶金、化工、陶瓷等多個(gè)領(lǐng)域。近年來有大量文獻(xiàn)報(bào)道納米氧化鋁在復(fù)合電鍍、熒光材料、紅外吸收材料等中的應(yīng)用取得重大突破。但是納米氧化鋁的制備技術(shù)與其應(yīng)用相比仍顯得進(jìn)展緩慢，仍存在眾多技術(shù)難題，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、顆粒尺寸和形狀不均勻。
經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前制備納米氧化鋁的方法有多種，如已有專利公開了機(jī)械化學(xué)法、等離子體法、溶膠凝膠法、沉淀法、硫酸鋁銨熱解法、醇鹽水解法等。這些方法各有特點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)，如原料制備成本高、工藝操作復(fù)雜、對(duì)環(huán)境有污染等。此外，現(xiàn)有技術(shù)也公開了采用電化學(xué)制備納米氧化鋁的技術(shù)方案，如《科學(xué)技術(shù)與工程》2003，5(3)，438-440上發(fā)表的“納米氧化鋁超細(xì)微粉體的電化學(xué)制備”，該文中以三氯化鋁為鋁源，電解后加入氨水，使溶液溶膠凝膠化，經(jīng)過洗滌、干燥和煅燒，得到納米氧化鋁粉體。2006，13(6), 1798-1800上發(fā)表的“納米氧化鋁的電化學(xué)制備和表征”，該文中提及以碳酸鈉水溶液為電解液，以鋁片為鋁源，在恒壓條件下進(jìn)行電解，制備納米氧化鋁粉體。雖然上述方法都是采用電化學(xué)方法制備的納米氧化鋁，但是均存在原料成本高、產(chǎn)品效率低的不足。有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種成本低、實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境無污染、易于工業(yè)化生產(chǎn)的納米氧化鋁的制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下所述制備方法是將表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰極和陽極進(jìn)行電解反應(yīng)；將所得電解產(chǎn)物經(jīng)洗滌、水熱處理、洗滌、干燥、煅燒后得到納米氧化鋁粉體。在上述制備方法的技術(shù)方案中所述的表面處理為先利用堿液清洗原料鋁表面，然后再利用低濃度無機(jī)酸對(duì)原料鋁表面進(jìn)行清洗。其中，所述無機(jī)酸選自鹽酸、硝酸和硫酸中的一種，其濃度范圍為O. 05 O. 5mol/L ;堿液選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的一種，其濃度范圍為O. 5 2. 5g/L。本發(fā)明所述的制備方法中，所述電解反應(yīng)采用的電解液中的有效成分為50 500g/L的碳原子數(shù)目為5 25的陽離子表面活性劑，所述的表面活性劑為氯化膽堿、芐基
三甲基氯化銨、β_甲基氯化膽堿、芐基三乙基氯化銨、芐基二甲基四癸基氯化銨中的任意一種。
本發(fā)明所述的制備方法中，所述的電解反應(yīng)采用電源為直流電源。本發(fā)明所述的制備方法中，所述的電解在pH6 10，電流密度I 5A/dm2，溫度為30 90°C，機(jī)械攪拌或空氣攪拌送氣量范圍為100 3000L/min的條件下進(jìn)行。本發(fā)明所述的電解反應(yīng)中，當(dāng)電解液中電解產(chǎn)物即白色氫氧化鋁粉體的含量為3% 30%時(shí)，將電解液過濾分離，如通過動(dòng)態(tài)分離氫氧化鋁粉體，濾液循環(huán)使用。該步驟中，電解產(chǎn)物的分離采用本領(lǐng)域技術(shù)人員習(xí)用的分離方法即可。本發(fā)明所述的制備方法中，所述的水熱處理為將電解產(chǎn)物氫氧化鋁粉體放入高壓容器中，并加入純水、晶種和有機(jī)陰離子，在溫度為100 300°C，壓力為I 87kg的條件下恒溫I 48h進(jìn)行水熱處理；其中，純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的I 8倍；有機(jī)陰尚子的用量為氫氧化招粉體重量的O. 5%。 10%。上述水熱處理中，所述的晶種為粒徑為5 IOOnm的納米氧化鋁粉體，其投放量為
氫氧化鋁粉體重量I %。 10%。本發(fā)明所述的制備方法中，所述的有機(jī)陰離子為酒石酸或檸檬酸中的一種。此外，本發(fā)明所述的洗滌，是指將水熱處理后的氫氧化鋁粉體用純水進(jìn)行洗滌，該洗滌用水經(jīng)處理后可以循環(huán)使用。本發(fā)明所述的制備方法中，所述的煅燒條件為在600 1400°C下煅燒3 15h，得到納米氧化鋁。本發(fā)明所述的制備方法中，所述的純水即電阻率范圍為2 10ΜΩ. cm的水。作為本發(fā)明的一種最佳實(shí)施方式，本發(fā)明優(yōu)選采用如下制備方法將經(jīng)表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰陽電極，置于含芐基三甲基氯化銨量為400g/L的電解液中，在pH8 10 ;電流密度lA/dm2，溫度為30°C，空氣攪拌送氣量為100L/min的條件下電解鋁板。當(dāng)電解液中粉含量達(dá)到25%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和氫氧化鋁粉體重量5%的酒石酸，在溫度為100°C，壓力為30kg的條件下恒溫lh。取出經(jīng)水洗，干燥后，在1000°C煅燒6h即可得到納米氧化鋁粉體。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明制備的納米氧化鋁粒徑分布10 90nm，比表面積為20 120cm3/g。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果I.通過對(duì)電流、電壓和pH的調(diào)節(jié)以及采用水熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化鋁粒徑的有效控制。2.制備的納米氧化鋁粉體，其平均粒徑為10 90nm。3.納米氧化鋁粉體制備過程中所用試劑為揮發(fā)性小的有機(jī)成分，不含無機(jī)添加物，更加環(huán)保，同時(shí)也不會(huì)引入雜質(zhì)元素。4.納米氧化鋁粉體制備過程中所用純水可循環(huán)使用，無大量廢渣、廢氣和廢水排放，對(duì)環(huán)境保護(hù)極其有利，屬環(huán)保型工藝。5.本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)成本較低，規(guī)模效益強(qiáng)，擴(kuò)產(chǎn)便利。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的
將表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰極和陽極，置于含量為200g/L的芐基三甲基氯化銨電解液中，在pH為7 8，電流密度為3A/dm2，溫度為60°C，空氣攪拌送氣量為800L/min的條件下進(jìn)行電解鋁板。當(dāng)電解液中沉淀含量達(dá)到28%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和濾餅重量5%的檸檬酸；在溫度為200°C、壓力為12kg的條件下恒溫6h進(jìn)行水熱處理；其中純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的4倍；晶種為粒徑50nm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量50%ο酒石酸的用量為氫氧化招粉體重量的6%。水熱處理后取出經(jīng)水洗、干燥后,在1250°C下煅燒6h，可得到納米氧化鋁粉體。經(jīng)過上述制備過程得到的納米氧化鋁的粒徑為40nm，比表面積為45m2/g。實(shí)施例2
本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的將表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰陽電極，置于含氯化膽堿量為400g/L的電解液中，在pH 8 10，電流密度lA/dm2，溫度為30°C，空氣攪拌送氣量為100L/min的條件下電解鋁板。當(dāng)電解液中沉淀含量達(dá)到25%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和氫氧化鋁粉體重量5%的檸檬酸，在溫度為100°C，壓力為IOkg的條件下恒溫Ih進(jìn)行水熱處理；其中純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的3倍；晶種為粒徑5nm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量1%。。檸檬酸的用量為氫氧化鋁粉體重量的6%。水熱處理后取出經(jīng)水洗、干燥后，在1000°C煅燒IOh即可得到納米Al2O3粉體。本實(shí)施例制備的納米氧化鋁粉體的顆粒粒徑基本上為50nm，顆粒分散且大小均勻，比表面積為35m2/g。實(shí)施例3本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的將表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰陽電極，置于含芐基三乙基氯化銨含量為400g/L的電解液中，在pH 8 10，電流密度5A/dm2，溫度為90°C，空氣攪拌送氣量為1000L/min的條件下電解鋁板。當(dāng)電解液中氫氧化鋁粉體含量達(dá)到30%時(shí)，將槽液過濾后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和氫氧化鋁粉體重量10%的酒石酸，在溫度為300°C ;壓力為87kg的條件下恒溫30h進(jìn)行水熱處理；其中純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的5倍；晶種為粒徑IOOnm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量10%。酒石酸的用量為氫氧化鋁粉體重量的2%。水熱處理后取出經(jīng)純水洗滌、干燥后，在1300°C煅燒10h，可得到納米Al2O3粉體。本實(shí)施例制備的納米氧化鋁粉體的粒徑為90nm，比表面積為22m2/g。實(shí)施例4本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的將表面處理后的原料鋁板同時(shí)作為陰極和陽極，置于含量為50g/L的β -甲基氯化膽堿電解液中，在pH 7 8，電流密度3A/dm2，溫度為60°C，空氣攪拌送氣量為3000L/min的條件下進(jìn)行電解鋁板。當(dāng)電解液中沉淀含量達(dá)到3%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和酒石酸，在溫度為100°C，壓力為32kg的條件下恒溫24h進(jìn)行水熱處理；其中，純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的8倍；晶種為粒徑20nm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量3%。酒石酸的用量為氫氧化鋁粉體重量的O. 5%。。水熱處理后取出，經(jīng)水洗、干燥后，在1400°C下煅燒3h，可得到納米氧化鋁粉體。本實(shí)施例制備的納米氧化鋁粉體的粒徑為10nm，比表面積為120m2/g。實(shí)施例5本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的將表面處理后的原料鋁板同時(shí)作為陰極和陽極，置于含量為500g/L的芐基三甲基氯化銨電解液中，在pH 6 7，電流密度5A/dm2，溫度為30°C，機(jī)械攪拌送氣量為2000L/min的條件下進(jìn)行電解鋁板。當(dāng)電解液中沉淀含量達(dá)到10%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和檸檬酸，在溫度為300°C，壓力為7kg的條件下恒溫48h進(jìn)行水熱處理；其中，純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的I倍；晶種為粒徑30nm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量1%。檸檬酸的用量為氫氧化鋁粉體重量的5%。水熱處理后取出，經(jīng)水洗、干燥后，在1250°C下煅燒10h，可得到納米氧化鋁粉體。本實(shí)施例制備的納米氧化鋁粉體的粒徑為30nm，比表面積為55m2/g。實(shí)施例6·本實(shí)施方式的納米氧化鋁的制備方法是按照如下步驟進(jìn)行的將表面處理后的原料鋁板同時(shí)作為陰極和陽極，置于含量為300g/L的芐基二甲基四癸基氯化銨電解液中，在PH8 10，電流密度5A/dm2，溫度為30°C，機(jī)械攪拌送氣量為100L/min的條件下進(jìn)行電解鋁板。當(dāng)電解液中沉淀含量達(dá)到20%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和酒石酸，在溫度為100°C，壓力為37kg的條件下恒溫48h進(jìn)行水熱處理；其中，純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的2倍；晶種為粒徑70nm的納米氧化鋁粉體，其投放量為氫氧化鋁粉體重量8% ;酒石酸的用量為氫氧化鋁粉體重量的10%。水熱處理后取出，經(jīng)水洗、干燥后，在1200°C下煅燒8h，可得到納米氧化鋁粉體。本實(shí)施例制備的納米氧化鋁粉體的粒徑為70nm，比表面積為27m2/g。上述實(shí)施例中的實(shí)施方案可以進(jìn)一步組合或者替換，且實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)思想的前提下，本領(lǐng)域中專業(yè)技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變化和改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋁的制備方法，其特征在于，所述制備方法是將表面處理后的原料鋁板同時(shí)作為陰極和陽極進(jìn)行電解反應(yīng)；將所得電解產(chǎn)物經(jīng)洗滌、水熱處理、洗滌、干燥、煅燒后得到納米氧化鋁粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述電解反應(yīng)采用的電解液中有效成分為50 500g/L的碳原子數(shù)目為5 25的陽離子表面活性劑，所述的表面活性劑為芐基三甲基氯化銨、氯化膽堿、β -甲基氯化膽堿、芐基三乙基氯化銨、芐基二甲基四癸基氯化銨中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述電解反應(yīng)采用電源為直流電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的電解反應(yīng)在ρΗ6 10，電流密度I 5A/dm2，溫度為30 90°C，機(jī)械攪拌或空氣攪拌送氣量為100 3000L/min的條件下進(jìn)行。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)電解液中電解產(chǎn)物白色氫氧化鋁粉體的含量為3% 30%時(shí)，將電解液過濾分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的水熱處理為將電解產(chǎn)物氫氧化鋁粉體過濾后放入高壓容器中，并加入純水、晶種和有機(jī)陰離子，在溫度為100 300°C， 壓力為I 87kg的條件下恒溫I 48h進(jìn)行水熱處理；其中，純水的用量為氫氧化鋁粉體重量的I 8倍；有機(jī)陰離子的用量為氫氧化鋁粉體重量的O. 5%。 10%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的晶種為粒徑5 IOOnm的納米氧化鋁粉體，晶種的投放量為氫氧化鋁粉體重量的1%。 10%。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的有機(jī)陰離子為酒石酸或檸檬酸中的一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的煅燒條件為經(jīng)600 1400°C 煅燒3 15小時(shí)，得到納米氧化鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述的制備方法為將表面處理后的鋁板同時(shí)作為陰陽電極，置于含芐基三甲基氯化銨量為400g/L的電解液中，在pH 8 10 ;電流密度lA/dm2，溫度為30°C，空氣攪拌送氣量為100L/min的條件下電解鋁板，當(dāng)電解液中固體含量達(dá)到25%時(shí)，過濾槽液后得到氫氧化鋁粉體；將氫氧化鋁粉體經(jīng)洗滌后，放入高壓容器中，并加入純水、晶種和氫氧化鋁粉體重量5%的酒石酸，在溫度為100°C，壓力為 30kg的條件下恒溫Ih ;取出經(jīng)水洗、干燥后，在1000°C煅燒6h即可得到納米氧化鋁粉體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電化學(xué)法制備納米氧化鋁粉體的方法，該方法采用將鋁電解后，將其電解產(chǎn)物經(jīng)洗滌、水熱處理、洗滌、干燥和煅燒得到10～90nm納米氧化鋁粉體。本發(fā)明通過對(duì)電流、電壓和pH的調(diào)節(jié)以及采用水熱處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氧化鋁粒徑的有效控制。本發(fā)明方法所得納米氧化鋁粉體的制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短；產(chǎn)率高，產(chǎn)品穩(wěn)定性好；對(duì)環(huán)境無污染。本發(fā)明制備的納米氧化鋁粉體廣泛應(yīng)用于軍工、汽車、冶金、化工、陶瓷等多個(gè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C25B1/00GK102925915SQ20121039654
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者黃克宙, 李聲澤, 李旻, 岳永剛, 何明利 申請(qǐng)人:蘇州華澤納米材料有限公司