本发明涉及无机材料制备领域,尤其一种棒状勃姆石的生产方法。
背景技术:
1、勃姆石作为一种重要的新材料,是制备不同晶型氧化铝的重要前驱体材料,具有零点电荷、界面自由能高、孔隙率大、比表面积大、分散性好、胶溶性好、耐热度高等特点,在吸附分离、催化、复合材料、液晶、医学、光学、传感器等领域都有广泛应用。
2、勃姆石的制备方法主要包括:铝直接水解法、铝醇盐水解法、溶胶-凝胶法、水/溶剂热法等方法。
3、铝直接水解法产品的结晶度好,反应过程所需时间短,工艺流程简单,成本低,对环境友好,但是工艺条件较难控制、铝粉安全性差、产物团聚严重。铝醇盐水解法过程具有提纯性,对环境环保无污染,醇可以循环使用,但是工业生产中使用该法得到的勃姆石容易出现团聚,需要利用外加机械力将纳米粒子团聚体打开,增加了工艺流程步骤和生产成本。溶胶-凝胶法产品分散均匀、纯度高、粒度小等,适合于制备纳米级勃姆石但是反应时间久、生产成本较高,后处理过程中团聚严重。水/溶剂热法纯度高、团聚度低,工艺流程简单,操作简便,环境友好,广泛应用,但随着对勃姆石性能要求的越来越高,对制备的勃姆石的结构和尺寸可控性也提出了要求。
技术实现思路
1、为了解决上述问题,本发明提供一种棒状勃姆石的生产方法,采用本发明方法进行勃姆石的制备,制备的微观结构可精细调控。
2、本发明的技术方案是这样实现的:
3、本发明提供本发明提供一种棒状勃姆石的生产方法,具体包括以下步骤:
4、将含铝物质溶于溶剂中配置为一定浓度的溶液,搅拌条件下滴加沉淀剂,然后转移至反应釜进行水热反应,反应结束后加入改性剂继续反应,反应结束纯化后得到所述棒状勃姆石。
5、进一步地,所述含铝物质为含铝盐。
6、进一步地,所述含铝盐包括氯化铝、硝酸铝中的一种或几种。
7、在水热反应过程中,勃姆石的形成过程为:al3+与碱性沉淀剂反应形成无定型的al(oh)3,al(oh)3再溶解并形成层片状勃姆石。在层片状勃姆石中各层通过羟基的氢键连接,在酸性条件下,溶液中的质子会与羟基中o通过共用电子对结合,形成水配位体,而破坏原有的层片状结构。为降低体系能量,剥落的纳米层片通过卷曲生长机制形成棒状。
8、进一步地,所述浓度为0.02-0.16mol·ml-1。
9、al3+浓度较低时,反应体系中形成的晶核浓度低,随着结晶反应的进行,在已有晶粒上易于结晶生成较大的颗粒,通过卷曲生长的机制进而制得到了直径较大的纳米棒。此外,由于晶核浓度的降低,纳米棒之间发生了定向接触生长的概率较小,使得长度差异增大。当al3+浓度升高时,反应体系中形成的晶核浓度增大,纳米棒的直径减小,定向接触生长的概率增大,因此,所得产物尺寸更为均匀,长径比增大。
10、进一步地,所述沉淀剂为碱性物质。
11、进一步地,所述碱性物质包括水合肼、氨水、氢氧化钠中的一种或几种。
12、碱沉淀剂种类的改变主要改变了反应体系中oh-与al3+水解产生的h+中和反应的速率,随着沉淀剂碱性的增强,导致反应体系中形成大量的al(oh)3,提高了勃姆石晶核的形核速率,有利于减小反应体系中晶粒的尺寸,减小勃姆石初始纳米棒的直径,晶粒之间的定向接触生长,进一步提高了纳米棒的长径比。
13、进一步地,所述改性剂为羧酸。
14、进一步地,所述羧酸为烷基羧酸。
15、勃姆石在表面上有羟基,羧酸可以在勃姆石的表面发生反应/吸附,从而抑制这些表面的晶体生长,因此,晶体在不含羟基的表面上快速生长改变了产物的形态。
16、进一步地,所述水热反应条件为120-200℃,12h。
17、本发明还提供一种棒状勃姆石,采用上述方法制备。
18、与现有技术相比,本发明的有益效果是:
19、1、通过对al3+浓度的调整,影响着晶核浓度,从而调控勃姆石的生长速率和生长方向。
20、2、羧酸可以在勃姆石含羟基的表面发生反应/吸附,从而抑制这些表面的晶体生长,向不含羟基的方向生长,从而得到所需形状的勃姆石。
21、烷基羧酸的加入增强了勃姆石的溶解再结晶过程,抑制了沿粒子短轴的晶体生长。由于表面改性剂覆盖范围的增加,颗粒的长径比随着改性剂烷基链长度的减小而增大。
1.一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于,所述含铝物质为含铝盐。
3.根据权利要求2所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于,所述含铝盐包括氯化铝、硝酸铝中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述浓度为0.02-0.16mol·ml-1。
5.根据权利要求1所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述沉淀剂为碱性物质。
6.根据权利要求5所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述碱性物质包括水合肼、氨水、氢氧化钠中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述改性剂为羧酸。
8.根据权利要求7所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述羧酸为烷基羧酸。
9.根据权利要求1所述的一种棒状勃姆石的生产方法,其特征在于:所述水热反应条件为120-200℃,12h。
10.一种棒状勃姆石,采用权利要求1-9任意一项所述生产方法制备。