專利名稱：一種納米莫來石粉體的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種納米莫來石粉體的制備方法，屬于材料科學技術領域。
背景技術：
以氧化鋁和氧化硅為原料合成得到的莫來石，是八1203-&02系中唯一穩定 的化合物，具有低的熱傳導系數和熱膨脹系數、優異的抗蠕變和抗熱震性、優 良的電絕緣性、化學穩定性與高溫強度等，是高溫結構材料、紅外透過窗口、 微電子基板材料及催化劑載體的首選材料，也經常用于添加到氧化鋁陶瓷中改 善其高溫力學性能。影響上述材料性能的一個重要因素是莫來石晶粒的大小與 分布，當莫來石的顆粒大小降低到納米級時，不僅具有小的體積效應，起到優 良的顆粒增韌作用，還具有巨大的表面能，使其反應活性大為提高。例如，中
國發明專利200310108594.X公布了一種增強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化剛玉晶粒的高檔強化 日用瓷，利用納米莫來石晶粒的顆粒增強來提高日用瓷的強度與熱穩定性。納 米莫來石粉體在催化加氫上的應用研究(工業催化，2003， 2， 33-35)報道了納 米莫來石在作為加氫反應載體時，具有比氧化硅、氧化鎂等更為優異的性能。 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法(1700-175(TC煅燒)和電熔 法，但這兩種方法的生產成本太高、反應條件苛刻、制備過程復雜，而且得到 的莫來石粉體粒徑在微米級范圍。為了獲得納米級的莫來石粉體，采用濕化學 合成法得到了廣泛研究。
趙惠忠等(硅酸鹽學報，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制備出二元納米氣凝 膠，再通過中溫煅燒，獲得了納米級莫來石粉體；陳浩等(江西科學，2006, 24， 6， 428-431)以正硅酸乙酯和結晶氯化鋁為主要原料制備納米莫來石前驅體
溶膠，然后采用超臨界流體干燥處理技術制備了 Al203-Si02體系納米超細粉體;
何文(材料導報，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，不適合工業化生 產。禹劍等(硅酸鹽學報，1998， 26， 5， 578-585)以正硅酸乙酉旨(TEOS，分析純)和結晶氯化鋁(AlCly6H2(3，分析純)為原料，采用快速水解法制備不同化學配 比的鋁硅凝膠，煅燒后壓制成型并燒結，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，用于工業生產并不理想。
王銀葉等采用廉價的天然高嶺土合成納米莫來石復合氧化物(天津大學學 報，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(國防科技大學學報，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合成了結晶度較高的莫來 石粉體，但未對粉體顆粒進行表征。申請號為200710134951.8的專利以氫氧化 鈉或碳酸鈉、尿素、水、冰醋酸為原料，經過反應后再進行過濾、洗滌、干燥， 灼燒即得納米莫來石，該方法需要經過過濾、洗滌等工序，條件煩瑣并容易引 入雜質。
發明內容
本發明的目的是提供一種原材料成本低廉、設備投資少、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) 將鋁的無機鹽溶解于去離子水中，形成0.5 1.5mol/l鋁的無機鹽水溶液；
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；
(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，繼續升溫到180。C 22(TC保 溫2 4小時，得到松脆的黑色物質；
(4) 將上述松脆的黑色物質研磨，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，即為本發明的納米莫來石粉體。
上述技術方案中，步驟(l)所述的鋁的無機鹽可為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。
本發明與現有技術相比，具有如下優點
1、 以鋁的無機鹽以及硅溶膠為原料，價格便宜且原料易得，具有低的原材 料成本；
2、 制備過程中僅需要加熱攪拌，然后進行高溫煅燒，所需設備簡單、制備 工藝簡單可控；3、利用檸檬酸對金屬離子的絡合作用、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。
具體實施例方式
下面結合實例對本發明作進一步描述。
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，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，開始保溫時會 產生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發生變化，繼續升溫到21(TC保 溫2小時，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質。
將上述松脆的黑色物質研磨，放入高鋁坩堝中，在120(TC煅燒2小時，得 到白色粉末，即為本發明的納米莫來石粉體。該納米粉體經透射電鏡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，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，開始保溫時會 產生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發生變化，繼續升溫到22(TC保 溫2小時，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質。
將上述松脆的黑色物質研磨，放入高鋁坩堝中，在1250"C煅燒2小時，得 到白色粉末，即為本發明的納米莫來石粉體。該納米粉體經透射電鏡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，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，開始保溫時會 產生氣泡并伴有體積膨脹，保溫后期其體積不再發生變化，繼續升溫到20(TC保 溫3小時，然后隨爐冷卻，得到松脆的黑色物質。
將上述松脆的黑色物質研磨，放入高鋁坩堝中，在120(TC煅燒2小時，得 到白色粉末，即為本發明的納米莫來石粉體。該納米粉體經透射電鏡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)將鋁的無機鹽溶解于去離子水中，形成0.5～1.5mol/l鋁的無機鹽水溶液；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；(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，繼續升溫到180℃～220℃保溫2～4小時，得到松脆的黑色物質；(4)將上述松脆的黑色物質研磨，放入高鋁坩堝中，在1100℃～1300℃煅燒，得到納米莫來石粉體。
2、 根據權利要求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，繼續升溫到180℃～220℃保溫2～4小時，然后在1100℃～1300℃煅燒，得到納米莫來石粉體。本發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、對設備要求低，制得的納米莫來石粉體粒徑細小、分散均勻，具有良好的工業應用價值。
文檔編號C01B33/00GK101456561SQ200810164119
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月25日 優先權日2008年12月25日
發明者馬紅萍 申請人:浙江科技學院