本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種納米級(jí)別無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的制備方法。
背景技術(shù)：
γ-al2o3被廣泛應(yīng)用于催化劑載體、吸附劑等，γ-al2o3是薄水鋁石在一定的溫度下焙燒得到的，并能夠保留薄水鋁石的形態(tài)學(xué)特征，因此薄水鋁石的比表面積和孔體積等形態(tài)學(xué)特征影響了γ-al2o3的應(yīng)用范圍。
制備薄水鋁石的方法有多種，水熱合成法作為一種綠色環(huán)保且操作簡(jiǎn)單的制備方法，已被廣泛的使用，但是現(xiàn)有的使用水熱法制備薄水鋁石的報(bào)道中，還不能保證在無(wú)團(tuán)聚的基礎(chǔ)上得到比表面積高和孔體積大的薄水鋁石。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供了一種制備無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的方法，其通過(guò)水熱法制備得到了無(wú)團(tuán)聚、高比表面積、大孔體積、粒徑分布均勻的薄水鋁石。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制備無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的方法，包括以下步驟：
步驟一、將稱量后的氫氧化鈉粉末溶于去離子水中，并配制成濃度為5.5～6.0mol/l的氫氧化鈉溶液；稱取一定量的硫酸鈉粉末，使用去離子水配制成濃度為6.2～8.5mol/l的硫酸鈉溶液；并稱取一定量的可溶性鋁鹽，將其溶于去離子水中配制成濃度為0.58～0.62mol/l的可溶性鋁鹽溶液；
步驟二、在室溫條件下，量取一定體積的上述可溶性鋁鹽溶液，在600～700r/min的攪拌速度下，將所述氫氧化鈉溶液和所述硫酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述一定體積的可溶性鋁鹽溶液中，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的1.2～2.0倍；待滴加后溶液的ph值至5～6時(shí)，調(diào)節(jié)攪拌速度至800～1000r/min，降低所述氫氧化鈉溶液的滴加速度，并根據(jù)所述氫氧化鈉溶液的滴加速度調(diào)節(jié)所述硫酸鈉溶液的滴加速度，使得所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的1.5～2.5倍；待滴加后溶液的ph值至6.5～7.0時(shí)，停止滴加所述硫酸鈉溶液，并保持所述氫氧化鈉溶液的滴加速度；待滴加后溶液的ph值為7.9～8.3時(shí)，停止滴加所述氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)攪拌速度至1100r/min，攪拌10min后得到白色懸浮液；
步驟三、在室溫條件以及400r/min的攪拌速度下，將一定質(zhì)量和一定濃度的非離子型表面活性劑滴加到所述白色懸浮液中，攪拌15～20min后得到混合物；
步驟四、將所述混合物轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行晶化，對(duì)晶化后得到的物質(zhì)依次進(jìn)行過(guò)濾和烘干，得到無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石。
優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，對(duì)所述混合物進(jìn)行晶化的具體步驟為：
首先，將盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜置于30℃的烘箱中，調(diào)節(jié)升溫速率為0.2～0.6℃/min，待所述烘箱的溫度達(dá)到40℃時(shí)，維持該溫度，使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫10min；
然后，在0.2～0.6℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至50℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫20min；
最后，在10℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至90℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫8～9h。
優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，所述非離子型表面活性劑的質(zhì)量和所述白色懸浮液的質(zhì)量之比為1:50～150。
優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，使用溫度為45℃的去離子水對(duì)晶化后的物質(zhì)進(jìn)行多次過(guò)濾至濾液中不含硫酸根離子，且濾液的ph值為7.0±0.5。
優(yōu)選的是，其中，所述非離子型表面活性劑的濃度為0.1mol/kg。
優(yōu)選的是，其中，所述可溶性鋁鹽為硝酸鋁、氯化鋁和硫酸鋁。
優(yōu)選的是，其中，所述步驟四中，烘干溫度為60℃。
優(yōu)選的是，其中，所述步驟二具體為：
在室溫條件下，量取一定體積的上述可溶性鋁鹽溶液，在600～700r/min的攪拌速度下，將所述氫氧化鈉溶液和所述硫酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述一定體積的可溶性鋁鹽溶液中，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為2.0～2.5ml/min，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的1.5倍；
待滴加后溶液的ph值至5.5時(shí)，調(diào)節(jié)攪拌速度至800～1000r/min，調(diào)節(jié)所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.5～1.9ml/min，并根據(jù)所述氫氧化鈉溶液的滴加速度調(diào)節(jié)所述硫酸鈉溶液的滴加速度，使得所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的2.0倍；
待滴加后溶液的ph值至6.8時(shí)，停止滴加所述硫酸鈉溶液，并保持所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.5～1.9ml/min；待滴加后溶液的ph值為8.2時(shí)，停止滴加所述氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)攪拌速度至1100r/min，攪拌10min后得到白色懸浮液。
優(yōu)選的是，其中，所述非離子型表面活性劑為脂肪醇聚氧乙烯醚。
本發(fā)明至少包括以下有益效果：
1、本發(fā)明所述的制備無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的方法采用水熱方法制備得到了比表面積為510～550m2/g，孔體積為1.1～1.5cm3/g，粒徑均一，且95％以上的粒徑分布在2.5～3.5nm。
2、本發(fā)明所述的制備無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的方法中通過(guò)原料的選擇、原料中滴加方式的調(diào)整以及滴加速度的改變、表面活性劑的引入以及晶化方式的調(diào)整，洗滌方式的選擇，使得制備出的薄水鋁石無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象。
3、本發(fā)明所述的制備無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石的方法制備周期短、大大提高了薄水鋁石的工業(yè)化的生產(chǎn)速度，從而大大降低了薄水鋁石的生產(chǎn)成本。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不排除一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。
<實(shí)施例1>
本實(shí)施例提供了一種無(wú)團(tuán)聚高比表面積的薄水鋁石的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟一、分別配制濃度為6mol/l的氫氧化鈉溶液、濃度為8.5mol/l的硫酸鈉溶液以及濃度為0.62mol/l的氯化鋁溶液；
步驟二、在室溫條件下，量取一定體積的上述氯化鋁溶液，在600～700r/min的攪拌速度下，將6mol/l的氫氧化鈉溶液和8.5mol/l的硫酸鈉溶液同時(shí)滴加到一定體積的0.62mol/l的氯化鋁溶液中，氫氧化鈉溶液的滴加速度為2.5ml/min，且氫氧化鈉溶液的滴加速度為硫酸鈉溶液的滴加速度的2.0倍；待滴加后溶液的ph值至5時(shí)，調(diào)節(jié)攪拌速度至800～1000r/min，調(diào)節(jié)氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.9ml/min，并根據(jù)氫氧化鈉溶液的滴加速度調(diào)節(jié)硫酸鈉溶液的滴加速度，使氫氧化鈉溶液的滴加速度為硫酸鈉溶液的滴加速度的2.5倍；待滴加后溶液的ph值至6.5時(shí)，停止滴加所述硫酸鈉溶液，并保持氫氧化鈉溶液的滴加速度；待滴加后溶液的ph值為8.3時(shí)，停止滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)攪拌速度至1100r/min，攪拌10min后得到白色懸浮液；
步驟三、在室溫條件以及400r/min的攪拌速度下，將月桂醇聚氧乙烯醚滴加到上述白色懸浮液中，攪拌15～20min后得到混合物，月桂醇聚氧乙烯醚的質(zhì)量和白色懸浮液的質(zhì)量之比為1:50，月桂醇聚氧乙烯醚的濃度為0.1mol/kg；
步驟四、將混合物轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行晶化，使用溫度為45℃的去離子水對(duì)晶化后的物質(zhì)進(jìn)行多次過(guò)濾至濾液中不含硫酸根離子，且濾液的ph值為7.0±0.5，對(duì)過(guò)濾后的物質(zhì)在60℃下進(jìn)行烘干，得到無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石；
對(duì)混合物進(jìn)行晶化的具體步驟為：
首先，將盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜置于30℃的烘箱中，調(diào)節(jié)升溫速率為0.2℃/min，待所述烘箱的溫度達(dá)到40℃時(shí)，維持該溫度，使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫10min；
然后，在0.5℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至50℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫20min；
最后，在10℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至90℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫8～9h。
對(duì)該實(shí)施例制備的薄水鋁石進(jìn)行了形態(tài)學(xué)檢測(cè)，證明該薄水鋁石的純度高，無(wú)雜質(zhì)，粒徑均一，95％以上的粒徑范圍分布在2.5～3.5nm，比表面積為516m2/g，孔體積為1.28cm3/g。
<實(shí)施例2>
本實(shí)施例提供了一種無(wú)團(tuán)聚高比表面積的薄水鋁石的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟一、分別配制濃度為5.5mol/l的氫氧化鈉溶液、濃度為7.5mol/l的硫酸鈉溶液以及濃度為0.6mol/l的硝酸鋁溶液；
步驟二、在室溫條件下，量取一定體積的上述氯化鋁溶液，在600～700r/min的攪拌速度下，將5.5mol/l的氫氧化鈉溶液和7.5mol/l的硫酸鈉溶液同時(shí)滴加到一定體積的0.6mol/l的氯化鋁溶液中，氫氧化鈉溶液的滴加速度為2.2ml/min，且氫氧化鈉溶液的滴加速度為硫酸鈉溶液的滴加速度的1.2倍；待滴加后溶液的ph值至6時(shí)，調(diào)節(jié)攪拌速度至800～1000r/min，調(diào)節(jié)氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.8ml/min，并根據(jù)氫氧化鈉溶液的滴加速度調(diào)節(jié)硫酸鈉溶液的滴加速度，使氫氧化鈉溶液的滴加速度為硫酸鈉溶液的滴加速度的1.5倍；待滴加后溶液的ph值至7時(shí)，停止滴加所述硫酸鈉溶液，并保持氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.8ml/min；待滴加后溶液的ph值為8時(shí)，停止滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)攪拌速度至1100r/min，攪拌10min后得到白色懸浮液；
步驟三、在室溫條件以及400r/min的攪拌速度下，將月桂醇聚氧乙烯醚滴加到上述白色懸浮液中，攪拌15～20min后得到混合物，月桂醇聚氧乙烯醚的質(zhì)量和白色懸浮液的質(zhì)量之比為1:150，月桂醇聚氧乙烯醚的濃度為0.1mol/kg；
步驟四、將混合物轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行晶化，使用溫度為45℃的去離子水對(duì)晶化后的物質(zhì)進(jìn)行多次過(guò)濾至濾液中不含硫酸根離子，且濾液的ph值為7.0±0.5，對(duì)過(guò)濾后的物質(zhì)在60℃下進(jìn)行烘干，得到無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石；
對(duì)混合物進(jìn)行晶化的具體步驟為：
首先，將盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜置于30℃的烘箱中，調(diào)節(jié)升溫速率為0.4℃/min，待所述烘箱的溫度達(dá)到40℃時(shí)，維持該溫度，使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫10min；
然后，在0.6℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至50℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫20min；
最后，在10℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至90℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫8～9h。
對(duì)該實(shí)施例制備的薄水鋁石進(jìn)行了形態(tài)學(xué)檢測(cè)，證明該薄水鋁石的純度高，無(wú)雜質(zhì)，粒徑均一，95％以上的粒徑范圍分布在2.5～3.5nm，比表面積為539m2/g，孔體積為1.46cm3/g。
<實(shí)施例3>
本實(shí)施例提供了一種無(wú)團(tuán)聚高比表面積的薄水鋁石的制備方法，具體包括以下步驟：
步驟一、分別配制濃度為5.8mol/l的氫氧化鈉溶液、濃度為6.2mol/l的硫酸鈉溶液以及濃度為0.58mol/l的硫酸鋁溶液；
步驟二、在室溫條件下，量取一定體積的上述可溶性鋁鹽溶液，在600～700r/min的攪拌速度下，將所述氫氧化鈉溶液和所述硫酸鈉溶液同時(shí)滴加到所述一定體積的可溶性鋁鹽溶液中，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為2ml/min，所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的1.5倍；待滴加后溶液的ph值至5.5時(shí)，調(diào)節(jié)攪拌速度至800～1000r/min，調(diào)節(jié)所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.5ml/min，并根據(jù)所述氫氧化鈉溶液的滴加速度調(diào)節(jié)所述硫酸鈉溶液的滴加速度，使得所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為所述硫酸鈉溶液的滴加速度的2.0倍；待滴加后溶液的ph值至6.8時(shí)，停止滴加所述硫酸鈉溶液，并保持所述氫氧化鈉溶液的滴加速度為1.5ml/min；待滴加后溶液的ph值為8.2時(shí)，停止滴加所述氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)攪拌速度至1100r/min，攪拌10min后得到白色懸浮液；
步驟三、在室溫條件以及400r/min的攪拌速度下，將月桂醇聚氧乙烯醚滴加到上述白色懸浮液中，攪拌15～20min后得到混合物，月桂醇聚氧乙烯醚的質(zhì)量和白色懸浮液的質(zhì)量之比為1:150，月桂醇聚氧乙烯醚的濃度為0.1mol/kg；
步驟四、將混合物轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行晶化，使用溫度為45℃的去離子水對(duì)晶化后的物質(zhì)進(jìn)行多次過(guò)濾至濾液中不含硫酸根離子，且濾液的ph值為7.0±0.5，對(duì)過(guò)濾后的物質(zhì)在60℃下進(jìn)行烘干，得到無(wú)團(tuán)聚高比面積薄水鋁石；
對(duì)混合物進(jìn)行晶化的具體步驟為：
首先，將盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜置于30℃的烘箱中，調(diào)節(jié)升溫速率為0.5℃/min，待所述烘箱的溫度達(dá)到40℃時(shí)，維持該溫度，使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫10min；
然后，在0.5℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至50℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫20min；
最后，在10℃/min的升溫速率下，將烘箱的溫度升高至90℃，并使盛裝有混合物的高壓反應(yīng)釜在該溫度下保溫8～9h。
對(duì)該實(shí)施例制備的薄水鋁石進(jìn)行了形態(tài)學(xué)檢測(cè)，證明該薄水鋁石的純度高，無(wú)雜質(zhì)，粒徑均一，95％以上的粒徑范圍分布在2.5～3.5nm，比表面積為550.2m2/g，孔體積為1.49cm3/g。
本發(fā)明通過(guò)在可溶性鋁鹽和氫氧化鈉反應(yīng)過(guò)程中增加硫酸鹽中硫酸根的量，以及各反應(yīng)物之間的滴加速度和滴加順序，利于制備出大孔體積的薄水鋁石，并通過(guò)非離子型表面活性劑的加入時(shí)間和后期的晶化步驟的配合，能夠在保證無(wú)團(tuán)聚的基礎(chǔ)上增大薄水鋁石的比表面積，并且減少了薄水鋁石的制備時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，便于工業(yè)化生產(chǎn)，并為后期的γ-al2o3的制備打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)與這里示出與描述的實(shí)施例。