三种制备球形氧化铝粉体工艺研究

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球形氧化铝因其粒径小、成球度高、分散性好等独特的性能,在氧化铝市场上的需求量十分巨大,因此制备出性能优良的球形氧化铝粉体也成为国内外从事氧化铝粉体研究学者的研究热点。本文采用醇盐水解法、均相沉淀法以及水热法三种不同方法分别制备出具有球形形貌的氧化铝粉体,探究了不同条件对粉体微观形貌的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)、粒度分析、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重(TG-DSC)等各种表征方法对产物的微观形貌及相结构进行了表征,同时分析了各种方法形成的球形氧化铝前驱体的形成机理。具体研究内容如下:(1)以仲丁醇铝(ASB)为原料,选择合适的醇溶液作溶剂,利用醇盐水解法合成了氧化铝前驱体,研究了其工艺参数对生成产物的影响以及成球机理,并探讨了煅烧工艺中不同煅烧温度对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,在单一的醇溶液中无法合成具有球形形貌的产物,亲水性乙腈的加入有效减缓了水解、缩聚速率,有利于球形形貌的生成。经探究获得最佳工艺为:乙腈与正丁醇体积比为6:4的混合溶液作溶剂,c(ASB)=0.005 mol/L,n(ASB):n(H2O)=1:3,超声老化25 min。水解缩聚反应过程中,以水包油乳液的机制,合成了粒径分布范围窄、成球性佳、分布均匀、粒径约357 nm的前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由无定型态转化为η-Al2O3继而转化为γ-Al2O3,最终生成了化学性质稳定,平均粒径约为564 nm球形α-Al2O3。(2)以硝酸铝(Al(NO33)、硫酸钠(Na2SO4)为原料,加入沉淀剂,利用均相沉淀法合成了氧化铝前驱体,研究了前驱体不同工艺条件的影响及成球机理,并探讨了煅烧方法,考察了煅烧温度不同对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,硝酸铝浓度的变化对生成产物影响极大,浓度增大,产物成球性降低,团聚问题严重,因而只有在浓度较低的条件下才可合成形貌佳的产物,这也是合成产物产量低的主要原因。经探究,得到最佳工艺条件为:尿素作沉淀剂,c[Al(NO33]=0.010 mol/L,c[Al(NO33]/c[Na2SO4]=0.5,c[Al(NO33]/c[CON2H4]=1:16,陈化1h。受热分解合成反应过程中,在导向自组织成长机制下,最终获得了球形形貌佳、产量较高、粒径约713 nm的Al4SO4(OH)10·5H2O的前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由无定形态的Al4SO4(OH)10·5H2O转化为无定形态的3Al2O3·4SO3继而转化成η-Al2O3,最终获得表面疏松多孔、平均粒径约为948 nm的球形α-Al2O3。(3)以硫酸铝(Al2(SO43)为原料,氢氧化钠(Na OH)为沉淀剂,去离子水和无水乙醇的混合溶液作溶剂,利用水热法合成了氧化铝前驱体,研究了不同工艺条件的的影响以及成球机理,并探讨了煅烧工艺中不同煅烧温度对产物形貌、尺寸的影响。研究发现,水醇的体积配比的不同决定着球形形貌的生成,只有水醇体积比为2:4时才会出现球形形貌。经探究获得最佳工艺条件:n(Al2SO4)/n(Na OH)=1:3,V(H2O):V(C2H5OH)=2:4,水热时间6 h,水热温度180℃,选择急速升温的方式。在水热反应过程中,以导向聚合机制,最终获得平均粒径约776 nm、分散均匀、具有球形形貌的钠矾石Na Al3(SO42(OH)6前驱体。经高温煅烧,前驱体依次由Na Al3(SO42(OH)6转化为Na Al(SO42,继而转化为Na2Al22O34,最终获得β″-Al2O3含量65.4%,β-Al2O3含量为34.6%,球形形貌消失,无规则块状体出现,平均粒径约1414 nm的产物。
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