[發明專利]一種制備勃姆石粉體的溶劑熱合成法

有效

• 申請號: 201310280810.2
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103303950A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 吳秀勇
• 申請（專利權）人: 泰山醫學院
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種制備勃姆石超細粉體的方法，特別是涉及一種利用溶劑熱法制備不同形貌勃姆石粉體的方法。

背景技術

勃姆石(boehmite)的分子式為γ-AlOOH，又稱一水軟鋁石，外觀呈現白色粉末。勃姆石除了用作阻燃劑，其最重要的用途是經過煅燒后制備氧化鋁粉體，故被稱為氧化鋁的前驅體。以勃姆石、氧化鋁為代表的無機粉體材料的宏觀性質，不僅取決于其化學組成，還在很大程度上受到其粒子大小和形貌的影響，因此，制備不同形貌的勃姆石粉體始終是無機材料合成的熱門領域。

水熱法制備勃姆石粉體過程中，由于水分子中的羥基，容易與勃姆石固相表面羥基形成氫鍵，相鄰顆粒的非架橋羥基可自發轉變為-O-化學鍵，并將凝膠中的部分結構配位水排除，這會造成初始顆粒間的緊密接觸。在隨后的粉體干燥過程中，隨著水的進一步脫除，毛細管力使相界面收縮，造成初始粒子的長大，最終形成硬團聚。

硬團聚粉體在應用加工過程中其結構不僅不易被破壞，而且還將進一步惡化，導致性能變差。水的存在是干燥過程中形成硬團聚的根源，為此，人們發展了溶劑熱技術，以有機溶劑全部或者部分取代水，以便盡量減少或消除粉體的硬團聚。由于可供選擇的有機溶劑種類多，性質各異，并且不同溶劑之間的組合方式變化豐富，因此用有機溶劑替代水，不僅可以減少粉體的團聚，還可以在更大的范圍內調控無機粉體的合成條件，獲得新穎形貌的產品。

在勃姆石粉體的溶劑熱制備方面，湯睿團隊以硝酸鋁和尿素為原料，采用乙醇-水混合溶劑，制備了葉片狀分級構造簇狀勃姆石前驅體，經煅燒后得到相同形貌的氧化鋁粉體(無機化學學報，2011，27(2)：251-258)；張梁團隊以氯化鋁為鋁源，同樣采用乙醇-水混合溶液作為反應介質，成功制備了大長徑比的一維勃姆石納米棒(人工晶體學報，2011，40(4)：892-897)；本人以硫酸鋁和尿素為原料，采用四氫呋喃-水混合溶劑，制備了花狀勃姆石粉體，經過煅燒后得到同形貌的氧化鋁粉體(山東農業大學學報(自然科學版)，2011，42(4)：511-514)。

采用醇水混合溶劑，能夠以烷氧基部分取代水的羥基形成軟團聚，相應降低了粉體的硬團聚，而四氫呋喃-水混合溶劑，可以制備新穎的花狀形貌勃姆石，上述實例證明了溶劑熱法在降低粉體團聚以及調控粉體形貌方面的有效性，但是上述實例中都未提到混合溶劑的回收。如果任由混合溶劑排放到環境中，既浪費了溶劑，又造成了環境污染，同時也增加了成本。考慮到溶劑只是提供反應的環境，不是反應原料，反應過程中不消耗，經過回收后重新利用，是完全有可能和必要的。但是傳統的溶劑熱方法，反應后的溶劑呈現混合狀態，還夾雜著水溶性產物，即使回收后，也很難實現分離和純化。

我們設想，能否選擇與水不相溶的有機溶劑，設計一種溶劑與水分隔的反應體系，反應結束后能方便的回收溶劑，經過簡單處理后可重復使用的溶劑熱方法。為此，我們選用了基本不溶于水且密度小于水的低沸點有機溶劑，例如正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、環己醇等中等長度碳鏈的醇類，與水形成溶劑熱反應體系。例如，溶解有尿素的鋁鹽水溶液(作為水層)和正己醇(相對密度0.814，沸點157.0℃，微溶于水，作為溶劑層)構成的溶劑熱反應體系，由于底層的水與頂層的有機溶劑不相溶，且密度有差別，兩層之間有明顯的界線，這也是后續溶劑回收的基礎。

在加熱反應期間，由于兩層溶劑的沸點不同，揮發程度也會不同。例如，當溫度為150℃時，底部的水溶液層最容易汽化，特別是其中溶解的尿素，在超過80℃以上即分解產生氨氣和二氧化碳。頂層的正己醇(沸點157.0℃)，由于反應溫度已非常接近其沸點，也會大量揮發，形成有機溶劑和氨水的混合蒸汽。在溶劑熱反應過程中形成的勃姆石粒子，聚集到一定程度后，會在水層中形成沉淀。