專利名稱：共生沉淀－升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法。
背景技術(shù)：
氫氧化鋁是一種重要的無機(jī)化工產(chǎn)品，用途十分廣泛。可用作油墨的增稠劑，也是鋁鹽、搪瓷、陶瓷、玻璃器皿和潤滑劑制造的原料。還可以用于制造各種催化劑載體，以及防水織物、紙張?zhí)盍?、媒染劑、凈水劑等。此外，氫氧化鋁、氫氧化鎂是當(dāng)前公認(rèn)并具有填充、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(duì)而言，氫氧化鋁的燃燒速率較慢，因而其阻燃性能更好，由于氫氧化鋁中的結(jié)晶水含量高達(dá)34.46％，水受熱變成水蒸氣時(shí)需從周圍吸取大量熱能，因此，燃燒時(shí)吸熱降溫效果突出。氫氧化鋁本身無毒無味，使用時(shí)非但不產(chǎn)生有害物質(zhì)，而且還能中和燃燒過程中所產(chǎn)生的酸性和腐蝕性氣體，是一種環(huán)保型綠色阻燃劑。
氫氧化鋁粒徑大小直接影響其產(chǎn)品使用性能。尤其是作為阻燃劑使用，有文獻(xiàn)報(bào)道，其粒徑愈小，比表面積就愈大，阻燃效果就愈好，同時(shí)，超細(xì)化的阻燃劑增強(qiáng)了與材料的親和性，能夠更均勻地分散在基體材料中，并可起到使材料增塑增強(qiáng)的效果，也解決了其影響力學(xué)性能這一難題。因此，利用特殊技術(shù)制得納米級(jí)(至少有一維尺寸小于100nm)的氫氧化鋁，不僅能提高阻燃性，而且有望使體系力學(xué)性能等多項(xiàng)綜合指標(biāo)得到提高，其應(yīng)用無疑將是十分廣泛的。
目前，有關(guān)超細(xì)氫氧化鋁的制備方法有很多種，歸納起來有超重力離心法、鋁酸鈉溶液碳酸化分解法、鋁鹽一醇鹽水解制備法、共沉淀法等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下采用結(jié)晶或無水三氯化鋁為原料，通過構(gòu)建三氯化鋁-有機(jī)溶劑-水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉淀劑，產(chǎn)生共生沉淀物，這種共生沉淀物包含兩種成分，一為目標(biāo)產(chǎn)物——?dú)溲趸X，另一為可加熱升華的物質(zhì)——氯化銨，將此共生沉淀物濾去溶劑并洗滌，先在溶劑沸點(diǎn)與升華溫度之間進(jìn)行干燥處理，再將干燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發(fā)完畢即得氫氧化鋁超細(xì)粉體；具體過程如下
1)將三氯化鋁與有機(jī)溶劑、水配制成質(zhì)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(yīng)60～600min；3)反應(yīng)結(jié)束后，將共生沉淀物過濾，用有機(jī)溶劑洗滌2～3次；4)先將濾餅在40～100℃常壓或真空條件下干燥1～4h，然后在100～200℃下干燥至氯化銨基本升華完全即得超細(xì)氫氧化鋁粉體。
所述的有機(jī)溶劑是能夠溶解三氯化鋁而對(duì)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(zhì)量濃度范圍是三氯化鋁為5～30％，有機(jī)溶劑為50～95％，水為0～30％。
所述的沉淀劑氨水或氨氣，其濃度范圍是25～100％，與三氯化鋁的mol比為1.5～3.5。
本發(fā)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(jié)晶現(xiàn)象；②由于是共生沉淀，故制備同樣粒徑超細(xì)粉體的沉淀物粒度相對(duì)較大，過濾操作相應(yīng)容易；③在初級(jí)干燥處理沉淀物階段還混有升華劑，故可抑制目標(biāo)產(chǎn)物粒子之間直接進(jìn)行接觸；④進(jìn)行升華操作時(shí)，避免了汽-液兩相共存，消除了表面張力的作用，由于升華劑成分是以氣態(tài)直接逸出，伴有輕微的“崩解”作用，避免了因結(jié)構(gòu)塌陷、收縮而引起的目標(biāo)產(chǎn)物直接團(tuán)聚的現(xiàn)象。
利用本發(fā)明提供的工藝制備超細(xì)氫氧化鋁，工藝簡單、方便易行，無須特殊設(shè)備，投資小，工藝參數(shù)便于控制，所得產(chǎn)品的純度超過99％，顆粒粒徑一般在50～100nm之間。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1首先，將結(jié)晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入1800g無水乙醇(或甲醇、異丙醇)中，配制成質(zhì)量濃度約6.5％的三氯化鋁、88.2％乙醇、5.3％水溶液備用，然后在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(yīng)120min后，經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次，在60℃、0.09MPa真空條件下干燥3h，然后在200℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～80nm之間，產(chǎn)品純度為99.3％。
實(shí)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，配制成質(zhì)量濃度約5％的三氯化鋁、95％乙醇溶液，然后在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(yīng)180min后，經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次、80℃、0.09MPa真空條件下干燥2h，然后在100～110℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～70nm之間，產(chǎn)品純度為99.8％。
實(shí)施例3首先，將結(jié)晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入425g濃度為95％的乙醇中，配制成質(zhì)量濃度約20％的三氯化鋁、60.6％乙醇、19.4％水溶液備用，然后在25～30℃攪拌下，緩慢通入氨氣反應(yīng)600min，氨氣通入總量約為3mol，最后經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次、80℃、0.09MPa真空條件下干燥1h，170℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～100nm之間，產(chǎn)品純度為99.6％。
實(shí)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，配制成質(zhì)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制成濃度為50％的氨水備用；然后在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(yīng)300min。最后經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次，在60℃、0.09MPa真空條件下干燥3h，150℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在70～100nm之間，產(chǎn)品純度為99.2％。
實(shí)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，配制成質(zhì)量濃度約10％的三氯化鋁、60％乙醇、30％水溶液備用，然后在攪拌下，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(yīng)120min后，經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次、100℃常壓干燥4h，180℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～100nm之間，產(chǎn)品純度為99.5％。
實(shí)施例6首先，將結(jié)晶三氯化鋁(AlCl3·6H2O)241.5g溶入2300g丙酮中，配制成質(zhì)量濃度約5.2％的三氯化鋁、90.6％丙酮、4.2％水溶液備用，然后在攪拌下，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(yīng)60min。最后經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次、100℃常壓下干燥3h，160℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～80nm之間，產(chǎn)品純度為99.6％。
實(shí)施例7首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入2200g氯仿中，配制成質(zhì)量濃度約5.7％的三氯化鋁、94.3％氯仿溶液備用，然后在攪拌下，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(yīng)120min。最后經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次，在50℃、0.09MPa真空條件下干燥3h，180℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～70nm之間，產(chǎn)品純度為99.8％。
實(shí)施例8首先，將無水三氯化鋁(AlCl3)133.5g溶入2100g乙醚中，配制成質(zhì)量濃度約6.0％的三氯化鋁、94％乙醚溶液備用，然后在攪拌下，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(yīng)180min。最后經(jīng)過濾、乙醇洗滌2～3次，在40℃、0.09MPa真空條件下干燥4h，160℃下干燥、升華即得氫氧化鋁。電鏡分析測得產(chǎn)品粒徑范圍在50～75nm之間，產(chǎn)品純度為99.3％。
權(quán)利要求
1.共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于采用結(jié)晶或無水三氯化鋁為原料，通過構(gòu)建三氯化鋁-有機(jī)溶劑-水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉淀劑，產(chǎn)生共生沉淀物，這種共生沉淀物包含兩種成分，一為目標(biāo)產(chǎn)物——?dú)溲趸X，另一為可加熱升華的物質(zhì)——氯化銨，將此共生沉淀物濾去溶劑并洗滌，先在溶劑沸點(diǎn)與升華溫度之間進(jìn)行干燥處理，再將干燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發(fā)完畢即得氫氧化鋁超細(xì)粉體。具體過程如下1)將三氯化鋁與有機(jī)溶劑、水配制成質(zhì)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(yīng)60～600min；3)反應(yīng)結(jié)束后，將共生沉淀物過濾，用有機(jī)溶劑洗滌2～3次；4)先將濾餅在40～100℃常壓或真空條件下干燥1～4h，然后在100～200℃下干燥至氯化銨基本升華完全即得超細(xì)氫氧化鋁粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑是能夠溶解三氯化鋁而對(duì)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(jù)權(quán)利要求1所述的共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于所述的三氯化鋁溶液的質(zhì)量濃度范圍是三氯化鋁為5～30％，有機(jī)溶劑為50～95％，水為0～30％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于所述的沉淀劑氨水或氨氣，其濃度范圍是25～100％，與三氯化鋁的mol比為1.5～3.5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種共生沉淀—升華法制備超細(xì)氫氧化鋁的方法。采用結(jié)晶或無水三氯化鋁為原料，通過構(gòu)建三氯化鋁－有機(jī)溶劑－水溶液體系，以氨水或氨氣作為沉淀劑，產(chǎn)生共生沉淀物，這種共生沉淀物包含兩種成分，一為目標(biāo)產(chǎn)物——?dú)溲趸X，另一為可加熱升華的物質(zhì)——氯化銨，將此共生沉淀物濾去溶劑并洗滌，先在溶劑沸點(diǎn)與升華溫度之間進(jìn)行干燥處理，再將干燥溫度升至升華溫度以上，待氯化銨全部揮發(fā)完畢即得氫氧化鋁超細(xì)粉體。利用本發(fā)明提供的工藝制備超細(xì)氫氧化鋁，工藝簡單、方便易行，無須特殊設(shè)備，投資小，工藝參數(shù)便于控制，所得產(chǎn)品無團(tuán)聚現(xiàn)象，純度超過99％，顆粒粒徑一般在50～100nm之間。
文檔編號(hào)C01F7/00GK1752008SQ20051006115
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月18日
發(fā)明者宋錫瑾, 王杰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)