專利名稱：非水解溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鋁納米粉體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機納米粉體制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非水解溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鋁納米粉體的方法。
背景技術(shù)：
鈦酸鋁(Al2TiO5,簡稱AT)材料具有高熔點(1860 °C )、低膨脹(α < 1. 5X 10-6/oC )、具有導熱系數(shù)低(1. 5ff/m · K)、抗熱震性好和耐腐蝕性強等特點，被廣泛 地應用于金屬、鋼鐵、化工、玻璃、環(huán)保、汽車、工業(yè)窯爐等行業(yè)。目前，制備鈦酸鋁粉體的主 要方法有固相法、共沉淀法、水解溶膠_凝膠法和非水解溶膠_凝膠法等。固相法合成鈦 酸鋁的溫度高達1500°C以上，并且所合成的粉體顆粒粗、活性低；采用沉淀法合成鈦酸鋁 時，由于鋁和鈦的沉淀物溶度積差別較大，難以實現(xiàn)均勻沉淀，從而影響鈦酸鋁粉體的合成 率；傳統(tǒng)的水解溶膠_凝膠法合成鈦酸鋁，具有均勻性好、純度高、可以精確控制化學計量 比等優(yōu)點，但它一般是以鋁和鈦的醇鹽為前驅(qū)體原料，醇鹽價格高，而且不同的醇鹽前驅(qū)體 水解速率的不同，導致凝膠中各組分不易實現(xiàn)原子級均勻混合，難以實現(xiàn)低溫合成鈦酸鋁 粉體的目標，其合成溫度一般高于1300°C。由于水解溶膠-凝膠法合成的鈦酸鋁溫度高達 1300°C以上，導致所合成的鈦酸鋁顆粒容易團聚、粗化，即使添加分散劑也不能達到防止粉 體團聚的目的。ZL200610005316. 5公開了一種以醇作氧供體的非水解溶膠-凝膠法合成 復合氧化物粉體的方法，該發(fā)明雖然在750°C低溫合成了鈦酸鋁粉體，但是并沒有解決鈦酸 鋁粉體容易團聚這一難題。一方面，如果像傳統(tǒng)的水解溶膠_凝膠法那樣直接在前驅(qū)體混 合溶液中添加分散劑，其結(jié)果是使前驅(qū)體的反應活性降低，從而影響非水解縮聚反應的進 行，導致低溫合成鈦酸鋁的效果不佳。另一方面，如果不添加分散劑，則又會由于非水解溶 膠-凝膠法的凝膠化反應溫度較高(一般在110°C以上)，很容易造成膠體粒子的長大和膠 粒的團聚，導致制備的鈦酸鋁粉體嚴重團聚、分散性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分散性好、合成率高的鈦酸鋁納米粉體制備方法。本發(fā)明提出的一種非水解溶膠_凝膠工藝制備鈦酸鋁納米粉體的方法，依次包括 如下步驟①以無水三氯化鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體，低碳醇為氧供體，按照TiCl4 AlCl3 = 1 2(摩爾比)的配比，將四氯化鈦低碳醇溶液滴入三氯化鋁的氯代烷溶液中，進行磁力攪 拌，得到前驅(qū)體混合溶液，然后在80 10(TC油浴加熱條件下回流8 10小時形成鈦酸鋁 溶膠。②把分散劑的氯代烷溶液滴加到回流后的鈦酸鋁溶膠中，磁力攪拌后裝入壓力容 彈，在110 130°C條件下加熱15 24小時，得到鈦酸鋁濕凝膠。③將鈦酸鋁濕凝膠在45 60°C干燥得鈦酸鋁干凝膠。④將鈦酸鋁干凝膠研磨、煅燒后得到分散性好的鈦酸鋁納米粉體。
所述的四氯化鈦低碳醇溶液、三氯化鋁的氯代烷溶液以及分散劑的氯代烷溶液的 濃度分別為 1 2mol/L、7 14mol/L 和 0. 02 0. 05mol/L ；所述的低碳醇是除甲醇和叔丁醇以外的碳原子數(shù)為2 5的低碳醇，優(yōu)選乙醇、異 丙醇或正丁醇；所述的鈦酸鋁濕凝膠是先將前驅(qū)體混合溶液加熱回流形成鈦酸鋁溶膠，再在其中 加入分散劑，最后經(jīng)壓力容彈處理得到的。這種將加熱回流與壓力容彈相結(jié)合的鈦酸鋁濕 凝膠制備工藝，正是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵和創(chuàng)新之處。如果僅僅進行加熱回流或直接通過壓 力容彈處理制備鈦酸鋁濕凝膠，那么最終粉體的鈦酸鋁合成率雖高(其XRD圖譜分別見附 圖2和附圖4)，但鈦酸鋁顆粒團聚嚴重(見附圖3和附圖5)。分散劑的加入時機也是很重 要的，它必須加在經(jīng)回流工藝后形成的鈦酸鋁溶膠中，如果在此之前引入分散劑，即在前驅(qū) 體混合溶液中添加分散劑，那么就會降低前驅(qū)體的反應活性，從而影響非水解縮聚反應的 進行，導致低溫合成鈦酸鋁的效果很差，最終得到的粉體是以銳鈦礦為主晶相而鈦酸鋁晶 相量較少(其XRD圖譜見附圖6)；所述的氯代烷為二氯甲烷、三氯甲烷或四氯化碳；所述的分散劑為甘油、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，聚乙二醇的分子量優(yōu)選 600 2000 ；用量為鋁、鈦前驅(qū)體總質(zhì)量的0. 5 2wt% ；所述的煅燒溫度為750 800°C，保溫時間為15 60min。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于將前驅(qū)體混合溶液的回流工藝與壓力容彈處理相結(jié)合，通 過壓力容彈的作用使膠粒細化，采用在前驅(qū)體完成非水解縮聚反應后再添加分散劑的工 藝，這樣不但可以避免因在前驅(qū)體混合溶液中引入分散劑而影響鈦酸鋁低溫合成效果的問 題，而且還充分利用了非水解溶膠-凝膠法低溫合成鈦酸鋁的優(yōu)勢和分散劑的作用，有效 地抑制了鈦酸鋁粉體的團聚，成功地制備了分散性好、合成率高的鈦酸鋁納米粉體。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖；圖2為采用加熱回流工藝制備的鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖3為采用加熱回流工藝制備的鈦酸鋁粉體的SEM照片；圖4為采用壓力容彈工藝制備的鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖5為采用壓力容彈工藝制備的鈦酸鋁粉體的SEM照片；圖6為前驅(qū)體混合溶液中添加分散劑所制備的鈦酸鋁粉體XRD的圖譜；圖7為實施例1中鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖8為實施例1中鈦酸鋁粉體的TEM照片；圖9為實施例2中鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖10為實施例2中鈦酸鋁粉體的TEM照片；圖11為實施例3中鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖12為實施例3中鈦酸鋁粉體的TEM照片；圖13為實施例4中鈦酸鋁粉體的XRD圖譜；圖14為實施例4中鈦酸鋁粉體的TEM照片。
具體實施例方式實施例1按鋁、鈦摩爾比2 1配制鈦酸鋁溶膠，稱9. 707g無水三氯化鋁(分析純)溶于 5. Oml三氯甲烷(化學純)中，密封待用；將4. Oml四氯化鈦(化學純)滴加到17. Oml正 丁醇(化學純)中，經(jīng)過充分的磁力攪拌，得到四氯化鈦的正丁醇溶液。然后將四氯化鈦的 正丁醇溶液緩慢滴加到無水三氯化鋁的三氯甲烷溶液中，磁力攪拌充分后，把此混合液放 在80°C油浴下回流8小時形成鈦酸鋁溶膠。把0. 06g PEG1000 (分析純)溶解在5. Oml 二 氯甲烷(化學純)中，將PEG1000的二氯甲烷溶液滴加到鈦酸鋁溶膠中，進行磁力攪拌后， 裝入輔助壓力場反應容器，在110°C條件下加熱15h后得到濕凝膠，對其進行50°C恒溫干燥 45min得到干凝膠。所得干凝膠經(jīng)研磨后在750°C保溫30min，即可得到分散性好的鈦酸鋁 納米粉體。產(chǎn)物的XRD分析表明所合成的粉體為鈦酸鋁(見圖7)；圖8中的TEM照片顯示， 粉體分散性好，平均粒徑小于30nm。實施例2將實例1中17. Oml正丁醇(化學純)改為11. Oml乙醇(化學純)，PEG1000改為 甘油，前驅(qū)體混合溶液在90°C油浴加熱條件下回流10小時形成鈦酸鋁溶膠，其他的條件不 變，得到分散性好的鈦酸鋁納米粉體。產(chǎn)物的XRD分析表明所合成的粉體為鈦酸鋁(見圖 9)；圖10中的TEM照片顯示，粉體分散性好，平均粒徑小于30nm。實施例3將實例1中PEG1000改為聚乙烯吡咯烷酮，三氯甲烷改為四氯化碳，17. Oml正丁醇 (化學純)改為14. Oml異丙醇(化學純)，鈦酸鋁溶膠裝入輔助壓力場反應容器后，在130°C 條件下加熱20h得到鈦酸鋁濕凝膠，其他的條件不變，得到分散性好的鈦酸鋁納米粉。產(chǎn)物 的XRD分析表明所合成的粉體為鈦酸鋁(見圖11)；圖12中的TEM照片顯示，粉體分散性 好，平均粒徑小于30nm。實施例4將實例1中0. 06g的PEG1000改為0. 2g的PEG2000，鈦酸鋁干凝膠經(jīng)研磨后在800°C保溫45min，其他的條件不變，得到分散性好的鈦酸鋁納米粉。產(chǎn)物的XRD分析表明 所合成的粉體為鈦酸鋁(見圖13)；圖14中的TEM照片顯示，粉體分散性好，平均粒徑小于 30nmo
權(quán)利要求
一種非水解溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鋁納米粉體的方法，依次包括如下步驟①以無水三氯化鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體，低碳醇為氧供體，按照摩爾比TiCl4∶AlCl3＝1∶2的配比，將四氯化鈦的低碳醇溶液滴入三氯化鋁的氯代烷溶液中，磁力攪拌均勻，得到前驅(qū)體混合溶液，經(jīng)80～100℃油浴加熱回流8～10小時形成鈦酸鋁溶膠；②把分散劑的氯代烷溶液滴加到鈦酸鋁溶膠中，混合均勻后裝入壓力容彈中熱處理得到濕凝膠，將濕凝膠進行45～60℃干燥得干凝膠；③將干凝膠研磨后經(jīng)750～800℃煅燒得到合成率高、分散性好的鈦酸鋁納米粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鈦酸鋁納米粉體的方法，其特征是所述的壓力容彈的熱 處理溫度為110 130°C，反應時間為15 24小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鈦酸鋁納米粉體的方法，其特征是所述的四氯化鈦低碳 醇溶液、三氯化鋁的氯代烷溶液以及分散劑的氯代烷溶液的濃度分別為1 2mol/L、7 14mol/L 和 0. 02 0. 05mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鈦酸鋁納米粉體的方法，其特征是所述的氯代烷為二氯 甲烷、氯仿或四氯化碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備鈦酸鋁納米粉體的方法，其特征是所述的分散劑為甘 油、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇，聚乙二醇分子量為600 2000，分散劑用量為鋁、鈦前驅(qū) 體總質(zhì)量的0. 5 2wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非水解溶膠-凝膠工藝制備鈦酸鋁納米粉體的方法。以無水三氯化鋁和四氯化鈦為前驅(qū)體，低碳醇為氧供體，將四氯化鈦的低碳醇溶液和三氯化鋁的氯代烷溶液均勻混合后在80～100℃油浴中回流8～10小時，再加入分散劑，攪拌均勻后裝入壓力容彈在110～130℃加熱15～24小時形成濕凝膠，經(jīng)干燥、研磨后在750～800℃煅燒15～60分鐘，得到合成率高、分散性好的鈦酸鋁納米粉體。
文檔編號B82B3/00GK101823762SQ20101016592
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者劉健敏, 包鎮(zhèn)紅, 朱慶霞, 江偉輝, 胡紫, 苗立鋒, 虞澎澎, 譚訓彥 申請人:景德鎮(zhèn)陶瓷學院