專利名稱：溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米板狀硼酸鋁晶須的方法，特別是涉及一 種制備具有高的彈性模量、良好的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性、耐化學(xué)藥品性、 耐酸性、電絕緣性、中子吸收性能、與金屬共價(jià)性的納米板(帶)狀 硼酸鋁晶須的生產(chǎn)技術(shù)。它不僅應(yīng)用于絕熱、耐熱和耐腐材料，也可 用于熱塑性樹脂、熱固性樹脂、水泥、陶瓷和金屬的補(bǔ)強(qiáng)劑。也可用 于增強(qiáng)金屬基(鋁基、鎂基)、陶瓷基、塑料、玻璃、纖維、涂料等方 面。
背景技術(shù)：
到目前為止，我國的硼砂和硼酸生產(chǎn)規(guī)模己達(dá)到25萬噸，其中 硼砂22萬噸，占全國生產(chǎn)總規(guī)模的49%;硼酸產(chǎn)量3 5萬噸，約占 全國的三分之一。由于市場(chǎng)因素，硼砂價(jià)格下跌，硼砂生產(chǎn)出現(xiàn)行業(yè) 性虧損。原因主要是，從硼化工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上講，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一；在 硼化工產(chǎn)品序列上，屬于初級(jí)產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值很低。近年來，我國硼產(chǎn)業(yè)取得了一定的發(fā)展，但與美國等發(fā)達(dá)國家相 比，還處于起步階段，在資源的開發(fā)利用上還存在一些比較突出的問 題。硼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝落后，資源綜合利用差。目前，丹東等地區(qū)的硼 加工產(chǎn)品還僅限于"兩硼"等初級(jí)產(chǎn)品，產(chǎn)品附加值低，經(jīng)濟(jì)效益差。美國的硼深加工產(chǎn)品有300多種，大部分屬于高新技術(shù)產(chǎn)品，產(chǎn)品的 附加值很高。如以"兩硼"為原料生產(chǎn)的下游產(chǎn)品一氮化硼，是特種 陶瓷、耐高溫耐腐蝕及超硬材料的重要原料，其產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格在50 萬元/噸左右。而其原料硼砂的市場(chǎng)價(jià)格目前在4000元左右。硼作為一個(gè)資源優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該盡快將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì) 優(yōu)勢(shì)，從而促進(jìn)本地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。盡快形成以"兩硼"產(chǎn)品為 基礎(chǔ)，以硼精、深加工產(chǎn)品為支柱的產(chǎn)業(yè)體系。發(fā)展科技含量高、產(chǎn) 品附加值高、經(jīng)濟(jì)效益好的硼精深加工產(chǎn)品是今后產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主攻方 向。采用硼砂為原料，與硝酸鋁反應(yīng)，控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、反 應(yīng)物配比以及溶液PH值，經(jīng)洗滌、沉化、干燥后得到干凝膠，作為 前驅(qū)體，在一定溫度條件下，煅燒得到納米板(帶)狀硼酸鋁晶須。 產(chǎn)品科技含量高、附加值高、質(zhì)量高，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益好，對(duì)硼行業(yè)的 發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步意義重大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種利用硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)和硝酸鋁 (含九個(gè)結(jié)晶水)為原料，采用溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體，通過煅燒 生產(chǎn)納米板(帶)狀硼酸鋁晶須的方法，用該方法制取的產(chǎn)品，質(zhì)量 高、附加值高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須的步驟是首先將硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)和硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)按一定的配比分別溶于一定 量的去離子水中，在連續(xù)攪拌的情況下，控制反應(yīng)溫度，把硝酸鋁溶 液逐滴加到硼砂溶液中，反應(yīng)一段時(shí)間后，開始抽濾。抽濾時(shí)分別用 熱蒸餾水和甲醇洗滌數(shù)次，得到白色溶膠，然后干燥后即得到白色干 凝膠即前驅(qū)體。將前驅(qū)體研磨成粉末狀，然后置于瓷坩堝中，放入管 式爐中在一定溫度下煅燒數(shù)個(gè)小時(shí)，即可得納米板(帶)狀硼酸鋁晶 須。產(chǎn)品板(帶)狀硼酸鋁晶須寬0.5um，長(zhǎng)徑比大于IO。硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)含量》95%，硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)含 量》99%。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是1. 本方法提出了一種既經(jīng)濟(jì)效益好，操作簡(jiǎn)便的納米板(帶)狀 硼酸鋁晶須生產(chǎn)方法，產(chǎn)品質(zhì)量高，附加值高，能夠給企業(yè)帶來顯著 的經(jīng)濟(jì)效益。2. 以硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)，硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)為原料， 采用。采用溶膠-凝膠法制備前驅(qū)體，通過煅燒生產(chǎn)納米板(帶)狀 硼酸鋁晶須。3.產(chǎn)品板(帶)狀硼酸鋁晶須寬0.5um，長(zhǎng)徑比大于IO。


本發(fā)明的附圖為工藝流程方框圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 l.本發(fā)明的基本原理結(jié)合溶膠-凝膠生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，采用硼砂與硝酸鋁反應(yīng)生成濕凝 膠，干燥后得到干凝膠。在一定溫度和時(shí)間條件下，煅燒干凝膠得到 板狀納米硼酸鋁晶須，生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備要求不高。采用硼砂與硝酸鋁在水溶液中制備硼酸鋁凝膠。通過調(diào)節(jié)溶液PH值的方法，避免氫氧化鋁沉淀的生成，其反應(yīng)式(1)如下 函25407 + 2m/4/(M 3)3 — w^4Z203 ."5203 + 2函+ + 6譜03一 (工)對(duì)獲得的濕凝膠經(jīng)過洗滌干燥后，得到干凝膠，對(duì)干凝膠煅燒得到板狀納米硼酸鋁晶須，其反應(yīng)式(2)如下. ￡203 — 2」/203. ￡203 ( 2 )鋁鹽溶于水后，由于鋁離子的高電荷和小離子半徑，極易水解生成多種單核配合物及多核配合物。當(dāng)水溶液的PH增大到一定程度后就生成A1(0H)3沉淀。另外，鋁鹽水解聚合各型的分布除了與溶液的PH有關(guān)外，還與溶液濃度有關(guān)，因此，通過調(diào)節(jié)溶液的PH和控制鋁溶液的濃度就可避免Al(OH)3沉淀的生成。根據(jù)硼酸鋁合成熱力學(xué)分析可知2A1203+B203=2A1203 BA (3) 9A1203+2B203=9A1203 2B203 (4 )2 (2A1A BA) + 5A1203=9A1203 2B203 (5)2 (9A1203 2B203) +5B203=9 (2A1203 B203) (6)2. 本發(fā)明的基本方案以硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)和硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)為原料，按 一定的固液比和配比分別溶于一定量的水溶液中，在連續(xù)攪拌的情況 下，控制反應(yīng)溫度，反應(yīng)一段時(shí)間后，停止攪拌。用熱蒸餾水和甲醇 洗滌數(shù)次，得到白色溶膠，陳化一段時(shí)間，然后干燥即得到白色干凝 膠即前驅(qū)體。將預(yù)聚體放入管式爐中分段煅燒，即得硼酸鋁晶須。3. 本發(fā)明的技術(shù)方法本項(xiàng)目采用溶膠-凝膠法制備硼酸鋁晶須，采用煅燒法得到硼酸 鋁晶須。溶膠-凝膠法由于其生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，成為當(dāng) 今制備納米材料的比較常用的一種方法。4. 本發(fā)明的實(shí)施例硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)和硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)反應(yīng)配比(B/A1) 取3: 1 8:1、蒸餾水的量350ml、將Al (N03) 3溶液以5s/滴的速度加 入硼砂水液中、攪拌速率為700rpm、反應(yīng)溫度83t:、反應(yīng)時(shí)間3 8h、 將獲得的溶膠-凝膠用熱蒸餾水1000ml和甲醇500ml洗滌數(shù)次，得到白 色溶膠，然后干燥10 18個(gè)小時(shí)后即得到白色干凝膠即前驅(qū)體。將前驅(qū)體研磨成粉末狀，然后置于瓷坩堝中，放入管式爐中，在 600 1000度溫度范圍內(nèi)煅燒，煅燒時(shí)間為3 5小時(shí)的條件下，得到 納米板(帶)狀硼酸鋁晶須，寬為0.5um，長(zhǎng)寬比達(dá)10倍以上。
權(quán)利要求
1.溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須的方法，其特征在于溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須的步驟是首先將硝酸鋁溶液逐滴滴加到硼砂溶液中，然后將溶液抽濾、并用熱蒸餾水和甲醇分別洗滌數(shù)次，得到白色溶膠，干燥后即得到白色干凝膠即前驅(qū)體；然后將前驅(qū)體研磨成粉末狀，放入管式爐中煅燒，得到板狀硼酸鋁晶須。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須 的方法，其特征在于產(chǎn)品的板狀硼酸鋁晶須寬0.5um，長(zhǎng)徑比大于 10。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須 的方法，其特征在于所述硼砂為含十個(gè)結(jié)晶水、硝酸鋁含九個(gè)結(jié)晶水， 并滿足以下重量百分比含量硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)含量》95%，， 硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)含量》99%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠前驅(qū)體制備納米板狀硼酸鋁晶須 的方法，其特征在于該方法在工藝過程中采用了通用的溶膠-凝膠法 制備前驅(qū)體，然后煅燒得到板狀硼酸鋁晶須。
全文摘要
溶膠前驅(qū)體制備納米板(帶)狀硼酸鋁晶須的方法，涉及一種制取納米板(帶)狀硼酸鋁晶須的方法，采用硼砂(含十個(gè)結(jié)晶水)和硝酸鋁(含九個(gè)結(jié)晶水)作為原料，按一定的配比分別溶于一定量的去離子水中，在連續(xù)攪拌的情況下，控制反應(yīng)溫度，把硝酸鋁溶液逐滴滴加到硼砂溶液中，反應(yīng)一段時(shí)間后，開始抽濾。抽濾時(shí)分別用熱蒸餾水和甲醇洗滌數(shù)次，得到白色溶膠，干燥后即得到白色干凝膠即前驅(qū)體。將前驅(qū)體研磨成粉末狀，然后置于瓷坩堝中，放入管式爐中，在一定溫度下煅燒，即可得板(帶)狀硼酸鋁晶須。用該方法制取的產(chǎn)品，質(zhì)量高、附加值高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
文檔編號(hào)C01B35/00GK101323979SQ20081001231
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者寧志高, 王國勝, 閻群英 申請(qǐng)人:沈陽化工學(xué)院