尚吉光,孫國新

(濟(jì)南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

使用氯化鋁制備氧化鋁粉體

尚吉光,孫國新*

(濟(jì)南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022)

以氯化鋁溶液和碳酸銨為原料，采用碳酸鋁銨熱解法制備氧化鋁粉體，探究了不同合成條件對碳酸鋁銨前驅(qū)體晶型的影響，得到粒徑10nm左右的α-Al2O3顆粒。在1100℃的焙燒溫度下可得到有一定透光性α-Al2O3。

碳酸鋁銨熱解法；氧化鋁；粉體；氯化鋁

氧化鋁熱穩(wěn)定性高、力學(xué)性能優(yōu)良，作為原料應(yīng)用于醫(yī)學(xué)人造骨骼、電子器件半導(dǎo)體、機(jī)械研磨材料、激光材料、透明陶瓷材料等要求高的領(lǐng)域[1-2]。

根據(jù)《2013-2017年中國氧化鋁行業(yè)產(chǎn)銷需求與投資預(yù)測報告》的數(shù)據(jù)顯示，目前中國是全世界最大的氧化鋁生產(chǎn)國，氧化鋁的需求仍在增長[3]。然而我國以生產(chǎn)工業(yè)氧化鋁為主，粒徑太大或粒徑分布不均勻，氧化鋁的粒度很難達(dá)到高尖行業(yè)的要求。國外技術(shù)相對成熟，且大規(guī)模生產(chǎn)[4]。

本文采用環(huán)保的碳酸鋁銨法，使用無硫的氯化鋁[10]和碳酸銨為原料合成納米級的氧化鋁粉體。

1 實(shí)驗部分

1.1 儀器與試劑

XRD(BRUKER, D8)，TEM(日本電子株式會社，JEM-1400)。

將工業(yè)氯化鋁升華提純得氯化鋁；工業(yè)碳酸銨升華提純處理。

1.2 氯化鋁濃度、碳酸銨濃度、滴加速度對氧化鋁形貌影響

實(shí)驗按0.1，0.2，0.3mol/L的氯化鋁溶液375mL和1.0，2.0，3.0mol/L的碳酸銨溶液104mL進(jìn)行滴加控制合成前驅(qū)體，將氯化鋁溶液逐滴滴加到劇烈攪拌的碳酸銨溶液中，具體實(shí)驗條件如表1所示。0.3mol/L氯化鋁與1.0mol/L的碳酸銨滴加反應(yīng)，無沉淀生成。

表1 不同條件下合成前驅(qū)體。

圖1 a.不同條件合成的氧化鋁850℃焙燒的XRD圖; b.850℃焙燒氧化鋁的TEM圖

由表1和圖1(a)可以看出，不同條件下合成的氧化鋁的XRD圖譜顯示，氧化鋁是θ-Al2O3，晶型和粒徑非常接近。

根據(jù)Scherrer公式L=Kλ/(βcosθ)[7]計算得粒徑約為18nm，軟件模擬計算粒徑不到10nm。由圖1(b)的TEM圖像可以看出，有粒徑10nm左右的顆粒被合成出來，也有粒徑較大的顆粒，顆粒之間存在團(tuán)聚現(xiàn)象。

綜上所述，并使鋁鹽充分反應(yīng)，選擇0.2mol/L的氯化鋁溶液375mL和2.0mol/L的碳酸銨溶液104mL進(jìn)行滴加控制合成前驅(qū)體。

1.3 焙燒溫度影響

圖2中，200℃烘干的前驅(qū)體的XRD譜圖與碳酸鋁銨的特征峰吻合，證明合成的前驅(qū)體是碳酸鋁銨結(jié)構(gòu)。400℃到650℃有γ-Al2O3特征峰，850℃條件下存在明顯的θ-Al2O3特征峰，950℃出現(xiàn)α-Al2O3，650℃到950℃各階段多種晶格的氧化鋁同時存在。

a. 200℃烘干的前驅(qū)體；b. 前驅(qū)體焙燒到400℃； c. 650℃；d. 850℃；e. 950℃；f.1000℃圖2 前驅(qū)體在不同溫度下焙燒的XRD圖

圖3 前驅(qū)體在1100℃下焙燒的XRD圖(左):a反應(yīng)加入PEG2000和某種有機(jī)物,

b反應(yīng)未加任何添加劑; 1100℃下焙燒得到氧化鋁的TEM圖(右)

不加任何添加劑在1100℃條件下焙燒得到的不是α-Al2O3；而加入適量PEG2000和某種有機(jī)物后，在1100℃條件下焙燒得到的氧化鋁的XRD譜圖顯示是α-Al2O3，晶格單一，結(jié)晶度高。α-Al2O3的燒結(jié)溫度低于肖勁[7]和唐召杰[11]報道的燒結(jié)溫度。

通過XRD軟件模擬計算，顯示1100℃焙燒的氧化鋁粒徑比較大。圖3(b)的TEM圖像顯示，氧化鋁顆粒粒徑在500nm左右，粒徑小于萬燁報道的粒徑[9]，而且有一定透光性，形貌與報道的醇鋁鹽水解法合成的氧化鋁相似[1，8]。顆粒之間有輕微的團(tuán)聚現(xiàn)象。

2 結(jié)論

本文采用比較環(huán)保的碳酸鋁銨熱解法制備氧化鋁顆粒。探究了不同氯化鋁溶液濃度、不同碳酸銨溶液濃度、不同滴加速度對碳酸鋁銨前驅(qū)體晶型的影響，XRD結(jié)果顯示并無明顯差別。合成產(chǎn)物中存在粒徑10nm左右的非α-Al2O3顆粒。α-Al2O3的焙燒溫度比較低，在1100℃條件下得到的氧化鋁晶格單一，結(jié)晶度高，有一定透光性。合成前驅(qū)體過量的碳酸銨濾液可加工重復(fù)使用。

[1] 簡 雙. LED用高純氧化鋁粉體的細(xì)化與燒結(jié)工藝的研究論文[D].上海:東華大學(xué),2014.

[2] Wang Zhen,We Yongmingi, Xu ZhenlLiang,et al. Preparation, characterization and solvent resistance of γ-Al2O3/α-Al2O3inorganic hollow fiber nanofiltration membrane[J]. Journal of Membrane Science, 2016,503:69-80.

[3] 王 彧. 高純氧化鋁市場現(xiàn)狀分析及發(fā)展方向[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016(17):138-139.

[4] 權(quán) 艷,蔣明學(xué). 高純超細(xì)α-Al2O3納米粉的研究進(jìn)展[J].工業(yè)爐,2008,30(3):22-26.

[5] 馬馳聘,周學(xué)奎,朱 屯. 不同純度微細(xì)氧化鋁粉聯(lián)合生產(chǎn)的綠色新工藝[J].化工冶金,1999,20(4):420-422.

[6] 唐海紅,趙志英,焦淑紅. 高純超細(xì)氧化鋁的制備[J]. 有色金屬(冶煉部分),2003(3):42-43.

[7] 肖 勁,秦 琪,萬 燁,等. 沉淀-共沸蒸餾法制備超細(xì)α-Al2O3粉體的研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報,2007, 22:35-39.

[8] Wojciech L, Suchanek. Hydrothermal synthesis of alpha alumina (α-Al2O3) powders: study of the processing variables and growth mechanisns [J]. Journal of the American Ceramic Society,2010,93:399-412.

[9] 萬 燁.超細(xì)氧化鋁粉體制備過程分散性及形貌控制研究[D].湖南:中南大學(xué), 2007.

[10] 路 文, 陳廷益. 高純氧化鋁制備方法及應(yīng)用[J].山東化工,2014,43(10):51-52.

[11] 唐召杰, 張兆玉. 碳酸鋁銨熱分解法制備α-Al2O3納米粉體[J].青島大學(xué)學(xué)報,2005,20(4):19-23.

(本文文獻(xiàn)格式：尚吉光,孫國新.使用氯化鋁制備氧化鋁粉體[J].山東化工，2017，46(10)：50-51,54.)

Preparation of Alumina Powder by Using Aluminum Chloride

ShangJiguang,SunGuoxin

(School of Chemistry and Chemical Engineering, University of Jinan, Ji'nan 250022, China)

Aluminium chloride and ammonium carbonate were used as raw materials for preparation of alumina powder by using ammonium aluminum carbonate pyrolysis. The effects of different conditions on the synthesis of ammonium aluminium carbonate precursor were studied.Non α-Al2O3particles were synthesized, whose particle size is about 10nm. A certain transparency α-Al2O3can be obtained at 1100℃ roasting temperature.

ammonium aluminum carbonate pyrolysis;alumina;powder;aluminum chloride

2017-03-26

尚吉光(1991—)，山東禹城人，碩士研究生；通信聯(lián)系人：孫國新，教授，博士生和研究生導(dǎo)師，研究方向：萃取分離化學(xué)與工藝研究，功能材料。

TB44

A

1008-021X(2017)10-0050-02