专利名称：一种纤维状薄水铝石的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维状薄水铝石的制备方法。具体地，本发明涉及以硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备直径为6 15纳米纤维状薄水铝石的方法。
背景技术：
薄水铝石(boehmite)，也称为一水软铝石，为氧化铝的水合物。薄水铝石有多种形*貌，包括片状、纤维状和球形。纳米纤维状薄水铝石具有比表面积大、孔体积大的特点，可以用于催化剂和吸附剂的载体。Bugosh在美国专利U. S. Pat. No. 2，915，475中，描述了一个制备纤维状薄水铝石方法，通过在高温下水解碱性的氯化铝和碱性的硝酸铝得到。所用碱性的氯化铝和碱性的硝酸铝以氯化铝或硝酸铝与金属铝反应制得，原料成本高。竹村一树等人在中国专利CN101117231A中提供了在镁离子、锰离子存在下三水铝石水热转化为比表面积20 80m2/g的纤维状薄水铝石的制备方法。该方法制备的纤维状薄水铝石呈纤维直径16 67纳米。最近几年采用表面活性剂辅助合成方法来制备一维薄水铝石得到广泛发展。Kuang等(J. Mater. Chem. 2003,13，660-662)在CTAB表面活性剂条件下在120°C下水热合成出薄水招石纳米管，得到的纳米管长约30_70nm,内径3_4nm,外径5_6nm。Zhu等(Chem.Mater. 2002，14，2086-2093)报道了薄水铝石纳米纤维的生长，在低温100°C下将PEO表面活性剂与铝水化合物混合水热处理得到纤维状薄水铝石，得到的纤维状薄水铝石3-4nm厚，30-60nm 长。但是，采用表面活性剂辅助方法合成一维薄水铝石存在很大缺点，一是成本高，二是从薄水铝石相中出去表面活性剂是很困难的，这必然导致不论薄水铝石产物中杂质的存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种以偏铝酸钠和硫酸铝为初始原料，没有表面活性剂存在条件下，水热合成直径为6 15纳米纤维状薄水铝石的方法。本发明制备的薄水铝石具有高纯度，形貌是纤维状的，纤维直径为6 15纳米，孔体积不小于O. 4ml/g0本发明提供的纤维状薄水铝石是用偏铝酸钠和硫酸铝作为原料，滴定得到的铝水化合物的悬浮液在反应釜中反应得到。本发明纤维状薄水铝石的制备方法是，先采用滴定法制备出形成薄水铝石的中间产物-铝水化合物，然后对得到的中间产物-铝水化合物进行静置水热处理，最后冷却，洗涤，干燥得到薄水铝石，具体实施步骤包括以下I)称取IOg 30g偏铝酸钠固体，溶解在IOOml去离子水中，形成偏铝酸钠溶液。2)称取十八水合硫酸铝，加去离子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得浓度为O. I O. 4mol/L的硫酸铝溶液。
3)将制得的偏铝酸钠溶液在磁力搅拌的条件下，逐滴加入到O. I O. 4mol/L的硫酸招溶液中，其中偏招酸钠与硫酸招招摩尔比为2. 5-10。4)将最终的混合物搅拌IOmin以上，以获得分散度较好的悬浮液。5)获得的悬浮液被转移到高压反应釜中，在160°C 250°C下处理5h 72h。6)反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60 100°C下干燥得到薄水铝石。本方法所制得的薄水铝石为纤维状，纤维直径6 15纳米，孔体积大于O. 4ml/g，该制备方法操作简单，原料易得，易工业化；成本低，稳定性好和不污染环境。
具体实施例方式实施例中产物薄水铝石的比表面积和孔体积用氮吸附法测定，鉴定产物并计算结晶度用XRD法测定，纤维状宽度和长度的大小通过透射电镜观察得到。实施例I本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取29. 5g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na2O含量为40-45 %)，溶解于IOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液A。称取66. 64g十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得浓度为O. 4mol/L的硫酸铝溶液。将配制成的硫酸铝溶液180mL转入500mL三口烧瓶中，在室温及搅拌条件下，将制得的偏铝酸钠溶液A以2毫升/分钟的速度滴加到三口烧瓶中，当偏铝酸钠溶液A滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2. 5h，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到IOOmL的高压反应釜中，将烘箱温度调整到165°C，将装好的反应釜放入到烘箱中，静置放置5个小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到薄水铝石。将得到的薄水铝石做相应的表征，通过XRD表征，与标准的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为薄水铝石，并且不含有任何杂质的存在，制得的产物具有高纯度。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状与块状的混合物。用氮吸附法测定产物薄水铝石的比表面积和孔体积，比表面积为218. OmY1，纤维直径6. I纳米，孔体积为O. 5136ml/g。实施例2本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取14. 75g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na2O含量为40-45 %)，溶解于IOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液B。称取33. 32g十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得浓度为O. 2mol/L的硫酸铝溶液。将配制成的硫酸铝溶液180mL转入500mL三口烧瓶中，在室温及搅拌条件下，将制得的偏铝酸钠溶液B以2毫升/分钟的速度滴加到三口烧瓶中，当偏铝酸钠溶液B滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌O. 5h，得到均匀的白色悬浮液。
将得到的均匀的白色悬浮液封装到IOOmL的高压反应釜中，将烘箱温度调整到180°C，将装好的反应釜放入到烘箱中，静置放置24小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到薄水铝石。将得到的薄水铝石做相应的表征，通过XRD表征，与标准的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为薄水铝石，并且不含有任何杂质的存在，制得的产物具有高纯度和高的结晶度。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状，长度约50-150nm。用氮吸附法测定产物薄水铝石的比表面积和孔体积，比表面积为159. Sm2g-1,纤维直径8. 3纳米，孔体积为O. 4540ml//g。实施例3本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取29. 5g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na2O含量为40-45 %)，溶解于IOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液C。称取66. 64g十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得浓度为O. 4mol/L的硫酸铝溶液。将配制成的硫酸铝溶液180mL转入500mL三口烧瓶中，在室温及搅拌条件下，将制得的偏铝酸钠溶液C以3毫升/分钟的速度滴加到三口烧瓶中，当偏铝酸钠溶液C滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2个小时，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到IOOmL的高压反应釜中，将烘箱温度调整到180°C，将装好的反应釜放入到烘箱中，静置放置24小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到薄水铝石。将得到的薄水铝石做相应的表征，通过XRD表征，与标准的JCPDSCardNo. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为薄水铝石，并且不含有任何杂质的存在，制得的产物具有高纯度和高的结晶度。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状，长度约100-200nm。用氮吸附法测定产物薄水铝石的比表面积和孔体积，比表面积为193. Im2g'纤维直径6. 9纳米，孔体积为O. 4795ml/g。实施例4本实施例说明本发明提供的薄水铝石的制备精确称取14. 75g偏铝酸钠(德国Sigma-aldrich公司生产，Al2O3含量为50-56重量％，Na2O含量为40-45 %)，溶解于IOOml去离子水中，配制成偏铝酸钠溶液A。称取33. 32g十八水合硫酸铝(汕头市西陇化工厂有限公司生产，分析纯)，加去离子水溶解，倒入到250mL容量瓶中，定容，制得浓度为O. 2mol/L的硫酸铝溶液。将配制成的硫酸铝溶液180mL转入500mL三口烧瓶中，在室温及搅拌条件下，将制得的偏铝酸钠溶液A以2毫升/分钟的速度滴加到三口烧瓶中，当偏铝酸钠溶液A滴加完毕之后，白色悬浮液于室温下快速搅拌2个小时，得到均匀的白色悬浮液。将得到的均匀的白色悬浮液封装到IOOmL的高压反应釜中，将烘箱温度调整到220°C，将装好的反应釜放入到烘箱中，静置放置12小时，自然冷却至室温，所得产物用去离子水离心洗涤3次后，于60°C干燥24小时，得到产品。将得到的产品做相应的表征，通过XRD表征，与标准的JCPDS CardNo. 21-1307衍射峰卡比较，显示所获得的产物为薄水铝石，并且不含有任何杂质的存在，制得的产物具有高纯度和高的结晶度。产物的形貌特征通过透射电镜观察得到，得到的薄水铝石产物为纤维状，长度约50-100nm。用氮吸附法测定产物薄水铝石的比表面积和孔体积，比表面积为 102. Im2g-1,纤维直径13纳米，孔体积为O. 4023ml/g。
权利要求
1.一种纤维状薄水铝石的制备方法，其特征在于 制备方法的步骤如下 1)称取10 30g偏铝酸钠固体，溶解在IOOml去离子水中，形成偏铝酸钠溶液；2)在剧烈搅拌下，将制得的偏铝酸钠溶液逐滴加到O.I O. 4mol/L的硫酸铝溶液中； 3)将最终的混合物搅拌IOmin以上，以获得分散度较好的悬浮液，其中偏铝酸钠与硫酸招招摩尔比为2. 5-10 ； 4)将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，在160°C 250°C下反应，5h 72h； 5)反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60 100°C下干燥得到纯的纤维状薄水铝石。
2.按照权利要求I所述的纤维状薄水铝石的制备方法，其特征在于步骤3得到的悬浮液的PH值控制在7 9。
3.按照权利要求I所述的纤维状薄水铝石的制备方法，其特征在于步骤4中的反应温度控制在160°C 220°C。
4.按照权利要求I所述的纤维状薄水铝石的制备方法，其特征在于步骤4中的反应时间应该控制在5 48h。
全文摘要
本发明涉及一种纤维状薄水铝石的制备方法；称取偏铝酸钠固体，溶解在去离子水中，形成偏铝酸钠溶液；在剧烈搅拌下，将制得的偏铝酸钠溶液逐滴加到硫酸铝溶液中，其中偏铝酸钠与硫酸铝铝摩尔比为2.5-10；将最终的混合物搅拌10min以上，以获得分散度较好的悬浮液；将得到的悬浮液转移到高压反应釜中，在160℃～250℃下反应5h～72h；反应完成后将高压釜温度自然冷却至室温，得到的白色沉淀物用离心洗涤，在60～100℃下干燥得到纯的纤维状薄水铝石；本方法所制得的薄水铝石为纤维状，纤维直径6～15纳米，孔体积大于0.4ml/g，该制备方法操作简单，原料易得，易工业化；成本低，稳定性好和不污染环境。
文档编号C01F7/02GK102653410SQ20111005118
公开日2012年9月5日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者刘其武, 宋家庆, 庞新梅, 彭伶俐, 徐向宇, 王晓化, 王骞, 阎立军, 陈亨, 霍志萍 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 北京化工大学