專利名稱：一種納米莫來石粉體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米莫來石粉體的制備方法，屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以氧化鋁和氧化硅為原料合成得到的莫來石，是八1203-&02系中唯一穩(wěn)定 的化合物，具有低的熱傳導(dǎo)系數(shù)和熱膨脹系數(shù)、優(yōu)異的抗蠕變和抗熱震性、優(yōu) 良的電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性與高溫強(qiáng)度等，是高溫結(jié)構(gòu)材料、紅外透過窗口、 微電子基板材料及催化劑載體的首選材料，也經(jīng)常用于添加到氧化鋁陶瓷中改 善其高溫力學(xué)性能。影響上述材料性能的一個(gè)重要因素是莫來石晶粒的大小與 分布，當(dāng)莫來石的顆粒大小降低到納米級(jí)時(shí)，不僅具有小的體積效應(yīng)，起到優(yōu) 良的顆粒增韌作用，還具有巨大的表面能，使其反應(yīng)活性大為提高。例如，中
國發(fā)明專利200310108594.X公布了一種增強(qiáng)日用瓷的制造工藝方法，該專利采 用天然瓷土為主要原料，制成含有納米莫來石晶粒和細(xì)化剛玉晶粒的高檔強(qiáng)化 日用瓷，利用納米莫來石晶粒的顆粒增強(qiáng)來提高日用瓷的強(qiáng)度與熱穩(wěn)定性。納 米莫來石粉體在催化加氫上的應(yīng)用研究(工業(yè)催化，2003， 2， 33-35)報(bào)道了納 米莫來石在作為加氫反應(yīng)載體時(shí)，具有比氧化硅、氧化鎂等更為優(yōu)異的性能。 因此，納米莫來石粉體日益受到人們的重視，但自然界中卻很少存在天然的莫 來石原料，更不用說存在天然的納米莫來石粉體。
目前，莫來石的合成方法主要采用高溫反應(yīng)法(1700-175(TC煅燒)和電熔 法，但這兩種方法的生產(chǎn)成本太高、反應(yīng)條件苛刻、制備過程復(fù)雜，而且得到 的莫來石粉體粒徑在微米級(jí)范圍。為了獲得納米級(jí)的莫來石粉體，采用濕化學(xué) 合成法得到了廣泛研究。
趙惠忠等(硅酸鹽學(xué)報(bào)，2003， 31， 12， 1216-1220)以異丙醇鋁和正硅酸 乙酯為主要原料，采用溶膠-凝膠以及超臨界流體干燥技術(shù)制備出二元納米氣凝 膠，再通過中溫煅燒，獲得了納米級(jí)莫來石粉體；陳浩等(江西科學(xué)，2006, 24， 6， 428-431)以正硅酸乙酯和結(jié)晶氯化鋁為主要原料制備納米莫來石前驅(qū)體
溶膠，然后采用超臨界流體干燥處理技術(shù)制備了 Al203-Si02體系納米超細(xì)粉體;
何文(材料導(dǎo)報(bào)，2000， 14， 337-338)以正硅酸乙醋和硝酸鋁為原料，采用溶 膠-凝膠與超臨界流體干燥法合成了莫來石的納米粒子；上述制備過程的工藝條 件要求較高，特別是異丙醇鋁與正硅酸乙酯的材料成本昂貴，不適合工業(yè)化生 產(chǎn)。禹劍等(硅酸鹽學(xué)報(bào)，1998， 26， 5， 578-585)以正硅酸乙酉旨(TEOS，分析純)和結(jié)晶氯化鋁(AlCly6H2(3，分析純)為原料，采用快速水解法制備不同化學(xué)配 比的鋁硅凝膠，煅燒后壓制成型并燒結(jié)，并未對納米莫來石的物相與粒徑展開 探討，而且正硅酸乙酯的原材料成本高，用于工業(yè)生產(chǎn)并不理想。
王銀葉等采用廉價(jià)的天然高嶺土合成納米莫來石復(fù)合氧化物(天津大學(xué)學(xué) 報(bào)，2001， 34， 2， 225-228)，通過水熱晶化法，在常壓下恒溫373 K制備出以 莫來石為主晶相的復(fù)合納米晶，但含有A1203、 Si02等雜相。馬青松采用溶膠-凝膠法合成Al203-Si02納米粉體(國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002， 24， 4， 25-28)， 以氯化鋁、硅溶膠和六次甲基四胺為原料，在130(TC合成了結(jié)晶度較高的莫來 石粉體，但未對粉體顆粒進(jìn)行表征。申請?zhí)枮?00710134951.8的專利以氫氧化 鈉或碳酸鈉、尿素、水、冰醋酸為原料，經(jīng)過反應(yīng)后再進(jìn)行過濾、洗滌、干燥， 灼燒即得納米莫來石，該方法需要經(jīng)過過濾、洗滌等工序，條件煩瑣并容易引 入雜質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原材料成本低廉、設(shè)備投資少、制備工藝簡單可 控的納米莫來石粉體的制備方法。
本發(fā)明提出的一種納米莫來石粉體的制備方法，包括以下步驟
(1) 將鋁的無機(jī)鹽溶解于去離子水中，形成0.5 1.5mol/l鋁的無機(jī)鹽水溶液；
再按硅元素與鋁元素為l: 3的摩爾比加入硅溶膠，攪拌1 5小時(shí)；
(2) 將檸檬酸溶解于乙二醇中，檸檬酸與乙二醇的摩爾比為1: 4 1: 8;
(3) 按檸檬酸與鋁無機(jī)鹽的摩爾比為1: 1 1: 4，將上述(1)與(2)溶液混合， 攪拌；然后升溫到125。C 135。C保溫2 4小時(shí)，繼續(xù)升溫到180。C 22(TC保 溫2 4小時(shí)，得到松脆的黑色物質(zhì)；
(4) 將上述松脆的黑色物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在110(TC 130(TC煅燒， 得到白色的納米陶瓷粉體，即為本發(fā)明的納米莫來石粉體。
上述技術(shù)方案中，步驟(l)所述的鋁的無機(jī)鹽可為Al(N03)y9H20 、 Al(OH)(CH3COO)2'2H20、 C6H9A106、 C9H21A103、 A1C13'6H20、 Al(OH)3或者鋁 溶膠中的一種或幾種。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 以鋁的無機(jī)鹽以及硅溶膠為原料，價(jià)格便宜且原料易得，具有低的原材 料成本；
2、 制備過程中僅需要加熱攪拌，然后進(jìn)行高溫煅燒，所需設(shè)備簡單、制備 工藝簡單可控；3、利用檸檬酸對金屬離子的絡(luò)合作用、乙二醇對金屬離子的鍵合和空間位 阻作用，使金屬離子均勻分布在聚合物中，從而最終能得到粒子分布均勻的納 米莫來石粉體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
稱取lmol的A1(N03)3'9H20溶于一定量的去離子水中，形成lmol/1的硝酸 鋁水溶液；在該硝酸鋁水溶液中按硅為l/3mol的量加入硅溶膠，攪拌3小時(shí)使 其混合均勻。將lmol的檸檬酸(CA)加入到4mol的乙二醇(EG)中，加熱到 90 °C使檸檬酸在乙二醇中溶解。
將上述兩溶液混合、攪拌，緩慢加熱使混合溶液中的水分蒸發(fā)，得到透明 的溶膠狀液體。將該透明的溶膠狀液體升溫到13(TC保溫3小時(shí)，開始保溫時(shí)會(huì) 產(chǎn)生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發(fā)生變化，繼續(xù)升溫到21(TC保 溫2小時(shí)，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質(zhì)。
將上述松脆的黑色物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在120(TC煅燒2小時(shí)，得 到白色粉末，即為本發(fā)明的納米莫來石粉體。該納米粉體經(jīng)透射電鏡TEM分析， 粒徑在60 100nm之間，粒子的分散性較好；XRD分析表明該納米粉體為單一 的莫來石晶相。
實(shí)施例2:
稱取lmol的Al(OH)(CH3COO)2'2H20溶于一定量的去離子水中，形成 0.8mol/l的醋酸鋁水溶液；在該醋酸鋁水溶液中按硅為l/3mol的量加入硅溶膠， 攪拌4小時(shí)使其混合均勻。將2mo1的檸檬酸(CA)加入到9mol的乙二醇(EG) 中，加熱到9(TC使檸檬酸在乙二醇中溶解。
將上述兩溶液混合、攪拌，緩慢加熱使混合溶液中的水分蒸發(fā)，得到透明 的溶膠狀液體。將該透明的溶膠狀液體升溫到13(TC保溫2小時(shí)，開始保溫時(shí)會(huì) 產(chǎn)生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發(fā)生變化，繼續(xù)升溫到22(TC保 溫2小時(shí)，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質(zhì)。
將上述松脆的黑色物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在1250"C煅燒2小時(shí)，得 到白色粉末，即為本發(fā)明的納米莫來石粉體。該納米粉體經(jīng)透射電鏡TEM分析， 粒徑在80 120nm之間，粒子的分散性較好；XRD分析表明該納米粉體為單一 的莫來石晶相。
實(shí)施例3:稱取鋁元素含量為lmol的酸性鋁溶膠溶解于一定量的去離子水中，形成 1.5mol/l的鋁溶膠水溶液；在該水溶液中按硅為l/3mol的量加入酸性硅溶膠， 攪拌4小時(shí)使其混合均勻。將1.5mol的檸檬酸(CA)加入到9mol的乙二醇(EG) 中，加熱到9(TC使檸檬酸在乙二醇中溶解。
將上述兩溶液混合、攪拌，緩慢加熱使混合溶液中的水分蒸發(fā)，得到透明 的溶膠狀液體。將該透明的溶膠狀液體升溫到125'C保溫4小時(shí)，開始保溫時(shí)會(huì) 產(chǎn)生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發(fā)生變化，繼續(xù)升溫到20(TC保 溫3小時(shí)，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質(zhì)。
將上述松脆的黑色物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在120(TC煅燒2小時(shí)，得 到白色粉末，即為本發(fā)明的納米莫來石粉體。該納米粉體經(jīng)透射電鏡TEM分析， 粒徑在80 100nm之間，粒子的分散性較好；XRD分析表明該納米粉體為單一 的莫來石晶相。
權(quán)利要求
1、一種納米莫來石粉體的制備方法，包括以下步驟(1)將鋁的無機(jī)鹽溶解于去離子水中，形成0.5～1.5mol/l鋁的無機(jī)鹽水溶液；再按硅元素與鋁元素為13的摩爾比加入硅溶膠，攪拌1～5小時(shí)；(2)將檸檬酸溶解于乙二醇中，檸檬酸與乙二醇的摩爾比為14～18；(3)按檸檬酸與鋁無機(jī)鹽的摩爾比為11～14，將上述(1)與(2)溶液混合，攪拌；升溫到125℃～135℃保溫2～4小時(shí)，繼續(xù)升溫到180℃～220℃保溫2～4小時(shí)，得到松脆的黑色物質(zhì)；(4)將上述松脆的黑色物質(zhì)研磨，放入高鋁坩堝中，在1100℃～1300℃煅燒，得到納米莫來石粉體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米莫來石粉體的制備方法，其特征在于所述 的鋁的無機(jī)鹽可為A1(N03)3'9H20 、 Al(OH)(CH3COO)2'2H20 、 C6H9A106、 C9H21A103、 A1C13《H20、 Al(OH)3或者鋁溶膠中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明公開的納米莫來石粉體的制備方法，其步驟包括(1)將鋁的無機(jī)鹽水溶液與硅溶膠按硅元素與鋁元素的摩爾比為1∶3攪拌混合；(2)將檸檬酸溶解于乙二醇中，檸檬酸與乙二醇的摩爾比為1∶4～1∶8；(3)按檸檬酸與鋁無機(jī)鹽的摩爾比為1∶1～1∶4混合上述兩溶液，升溫到125℃～135℃保溫2～4小時(shí)，繼續(xù)升溫到180℃～220℃保溫2～4小時(shí)，然后在1100℃～1300℃煅燒，得到納米莫來石粉體。本發(fā)明所采用的原材料來源廣泛易得、成本低廉，制備工藝簡單可控、對設(shè)備要求低，制得的納米莫來石粉體粒徑細(xì)小、分散均勻，具有良好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C01B33/00GK101456561SQ200810164119
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者馬紅萍 申請人:浙江科技學(xué)院