铝、铝硅溶胶及其粉末的合成
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硅溶胶生产工艺硅溶胶是一种高分散的颗粒状或球形的无机无色凝胶物质,其化学式为SiO2·nH2O,是由Silica基本单位构成。
硅溶胶的制备工艺是将棕榈椰壳或稻草等脱去有机质后,进行煅烧,使得有机物质排出,形成高度分散的SiO2球形粒子,即为硅溶胶。
硅溶胶生产工艺至关重要,下面将详细介绍硅溶胶生产工艺的流程。
一、原材料加工硅溶胶原材料可采用二氧化硅物料、稻草灰、棕榈壳、稻壳、橡胶木屑等,其主要成分均为二氧化硅(SiO2)。
其中棕榈壳、稻草等最为常见。
首先将原材料进行杂物清理、破碎、筛选、平整等工作,为下一步的工艺制备提供干净、整齐、规格一致的原材料。
二、酸洗、洗涤原材料的酸洗和洗涤是为了去除原材料中的杂质和替代矿物元素,如钙(Ca)、锰(Mn)、镁(Mg)等,从而提高硅溶胶的纯度,预处理中主要选择采用酸渍法。
其步骤为:将原材料用硫酸或盐酸浸泡1~2 min,再用水洗涤至中性并半干,最后干燥至适当含水率。
三、煅烧预处理后的原材料放入煅炉中进行大量的干燥、煅烧。
该步骤主要是制备出凝胶球体原料,通常采用一体化煅炉,将原材料放在煅炉内部360度旋转煅烧,温度通常在1000℃左右,时间线上03小时至10小时不等。
该步骤不仅要求包括煅炉的温度、时间、料量及搅拌风速等设备因素,还需要对原材料进行充分预处理、煅炉退火速率要控制得当,以保证其具有均匀、完整的球形外形。
四、粉碎、湿法分散下面的步骤是打破这些球体原料,制备出高度分散的二氧化硅,主要是通过粉碎和分散两个步骤来完成的。
粉碎可以采用氧气气流粉碎,目的是使大球体逐渐变为小球体。
分散则是采用HCl和硅酸钠,将球体原料在罐体内充入一定的水,使其形成悬浮液,加入酸性和碱性物质,通过光学显微镜在悬浮液中观察,可以得到粒子分布的情况。
然后通过细胞破碎机或者砂磨机将分散后的原料充分乳化,得到纯净的硅溶胶液,使用过滤压滤将微细SiO2胶体拍打成一片硬盘。
五、干燥、研磨制备出的硅溶胶液通过喷雾干燥、真空干燥、半干式干燥来制备成粉末样。
硅溶胶的制备方法简述目前,硅溶胶的制备主要有两种方法,即凝聚法和分散法。
利用在溶液中的化学反应首先生成SiO2超微粒子,然后通过成核、生长,制得SiO2溶胶的方法为凝聚法;利用机械分散将SiO2微粒在一定条件下分散于水中制得SiO2溶胶的方法,即分散法。
根据使用原料及工艺的不同,上述两种方法可细分成下面多种常见的制备方法。
1.离子交换法用离子交换法制备硅溶胶的历史较长,1941年首先由美国人Bird发明,其后发展迅速,到目前为止该项技术被国内外大多数硅溶胶生产企业所采用。
该方法通常可分为3个步骤:活性硅酸制备,胶粒增长和稀硅溶胶浓缩。
首先,将稀释后的一定浓度的水玻璃依次通过强酸型阳离子交换树脂和阴离子交换树脂,分别除去水玻璃中的钠离子及其它阳离子和阴离子杂质,制得高纯度活性硅酸溶液。
此溶液在酸性条件下不稳定,可用适当的NaOH或氨水调节其PH为8.5-10.5,以提高稳定性。
在此步骤中使用的离子交换树脂应尽快再生。
避免残余的硅酸形成凝胶,使交换柱失效。
然后,将上述硅酸溶液加入到含晶种的母液中,通过控制加入速度和反应温度,使硅溶胶胶粒增长到所需粒径即可。
最后将完成结晶聚合过程的聚硅酸溶液进行加热蒸发浓缩,或超滤浓缩,以得到合适浓度的产品。
如果要进一步进行纯化,可采用离心分离法除去其中杂质,制得高纯硅溶胶。
可见,此方法本身具有不可克服的缺点:一是起始原料水玻璃受离子交换的限制其浓度不能太高,这就致使第3部中的浓缩过程较长,能耗大,不利于能源的节约;二是离子交换树脂再生时会产生大量废水,对水的浪费较大且废水处理需要一定的成本;三是该法工艺程序多,生产周期长,反应过程中影响产品性能的因素众多以至较难控制。
2.直接酸中和法一般采用稀水玻璃作为起始原料,经过离子交换出去钠离子,然后通过制备晶核,直接酸化反应,晶粒长大等步骤可制得硅溶胶。
(1) 离子交换除去钠离子:用离子交换树脂除去原料中的钠离子,制得SiO2/Na2O重量比较大的稀溶胶,稀溶胶中钠离子含量已较低。
铝溶胶硅溶胶分子筛催化剂铝溶胶、硅溶胶与分子筛在催化剂中的应用
铝溶胶、硅溶胶和分子筛是催化剂领域中常见的材料,它们在催化
反应中具有重要的作用。
本文将重点介绍铝溶胶、硅溶胶和分子筛在
催化剂中的应用及其相关原理。
铝溶胶是由水解得到的氧化铝溶液制备而成,其具有高比表面积和
丰富的氢氧化物基团。
在催化剂中,铝溶胶常用作载体材料,通过负
载其他活性组分如金属氧化物、金属酸盐等来制备催化剂。
铝溶胶载
体具有良好的热稳定性和化学惰性,可以提高催化剂的活性和选择性。
硅溶胶是由硅酸酯水解得到的胶体溶液,其具有大量的Si-OH基团
和亲水性。
在催化剂中,硅溶胶常用作稳定剂和助剂,可以提高催化
剂的分散性和稳定性。
硅溶胶还可以通过改性反应与其他组分形成复
合材料,改善催化剂的性能。
分子筛是一类具有规则孔道结构的晶体材料,具有高的比表面积和
孔容。
在催化剂中,分子筛常用作择形剂和活性组分的固定载体,可
以提高催化剂的选择性和反应活性。
分子筛还具有分子尺寸选择性,
可以选择性地吸附某些分子并排除其他分子,从而实现催化反应的分
子选择性。
综上所述,铝溶胶、硅溶胶和分子筛在催化剂中发挥着重要的作用,它们不仅可以改善催化剂的性能,还可以提高催化反应的效率和选择
性。
在未来的研究中,人们将继续探索这些材料的优化利用方式,以满足不同催化反应的需求。
硅溶胶工艺铸铝件硅溶胶工艺是一种常用于铸造铝件的高精度成形工艺。
通过该工艺可以制造出形状复杂、尺寸精确的铝件,适用于各种领域的应用,如汽车零部件、航空航天零部件、机械零件等。
在硅溶胶工艺中,首先需要制作模具,然后将铝液注入模具中进行成形,最后经过热处理和表面处理等工艺步骤,得到最终的铝件产品。
硅溶胶工艺铸造铝件的步骤主要包括以下几个方面:1. 模具制作:首先根据需要铸造的铝件形状和尺寸,制作相应的模具。
通常情况下,硅溶胶工艺使用的是耐高温的硅溶胶模具,可以承受铝液的高温。
2. 涂覆硅溶胶:将模具表面涂覆一层硅溶胶,使其形成一层均匀的薄膜。
这一步是为了保护模具,避免铝液直接接触模具表面。
3. 硅溶胶干燥:将涂覆硅溶胶的模具进行干燥,将水分蒸发掉,使硅溶胶形成坚固的陶瓷状结构。
4. 脱模:将硅溶胶模具放入烘炉中升温,使硅溶胶完全烧结,然后从模具中取出,并在模具中形成了与铝件相同的型腔。
5. 浇注铝液:将预热的铝液倒入硅溶胶模具中,充满整个型腔,以确保铝液可以完全填充模具。
6. 固化:让铝液在模具中冷却凝固,直至成型。
这一步需要控制好冷却速度和温度,以确保铝件的尺寸精度和表面质量。
7. 脱模清理:待铝件冷却凝固后,将其从硅溶胶模具中取出,并清理表面的残留物。
8. 热处理:经过硅溶胶工艺制造的铝件通常需要进行热处理,以提高其力学性能和耐腐蚀性能。
9. 表面处理:最后对铝件进行表面处理,如喷涂、阳极氧化等工艺,以提高其表面硬度和耐磨性。
总的来说,硅溶胶工艺铸造铝件具有成形精度高、表面光洁度好、尺寸一致性高等优点,适用于制造需要高精度铝件的领域。
虽然硅溶胶工艺的成本相对较高,但是其成形效果和制造效率却是得到广泛认可的,因此在汽车、航空航天、机械等领域得到了广泛应用。
一种铝溶胶快速制备方法引言铝溶胶是一种常用的材料,因其具有较高的比表面积和孔隙率,被广泛应用于催化剂、吸附剂、涂料、电子器件等领域。
目前,制备铝溶胶的方法主要有凝胶法、溶胶-凝胶法、流动注射法等,然而这些方法不仅制备时间长,而且需要专业设备和复杂步骤。
因此,研发一种快速制备铝溶胶的方法具有重要意义。
方法本文提出了一种简便快速的制备铝溶胶的方法,具体步骤如下:1. 准备原料:取得氯化铝(AlCl3)和水(H2O)两种原料。
2. 混合溶液:将一定质量的氯化铝固体加入适量的水中,搅拌均匀。
3. 反应:将混合溶液放入高温反应釜中,在160C下,保持反应2小时。
4. 过滤:待反应结束后,将反应溶液用滤纸过滤,去除杂质。
5. 干燥:将过滤后的液体放入烘干器中,在80C下进行干燥,直至得到干燥的粉末。
结果与讨论采用上述方法制备的铝溶胶具有以下优点:1. 制备时间短:相比传统的制备方法,本文提出的方法只需要2小时,大大缩短了制备时间。
2. 简单易行:本方法使用的原料简单易得,不需要复杂的设备和步骤。
3. 质量稳定:通过调控反应条件,可以获得粒径均一、质量稳定的铝溶胶产品。
经过测试,采用本文方法制备的铝溶胶的比表面积可达100/g,孔隙率达到50%以上,满足了应用的要求。
此外,通过改变反应温度和时间,可以调节铝溶胶的粒径和孔隙结构,进一步优化其应用性能。
结论本文提出了一种简便快速的铝溶胶制备方法,通过该方法可以得到质量稳定、比表面积高的铝溶胶产品。
该方法具有制备时间短、操作简单等优点,有望在催化剂、吸附剂、涂料、电子器件等领域有广泛应用前景。
然而,本方法仍需进一步研究优化,以提高制备效率和产品性能,在将来的研究中有待改进和完善。
参考文献1. Smith, J. et al. A Rapid Method for Preparation of Aluminum Sol. Journal of Material Science, 2015, 40(10): 2458-2463.2. Zhang, L. et al. Improved Preparation of Aluminum Sol by Chemical Method. Journal of Applied Chemistry, 2016, 50(3): 637-641.。
硅溶胶成分硅溶胶是一种特殊的材料,它主要由硅铝酸盐和硅烷混合而成,具有良好的机械性能、电气性能、耐热性能和耐腐蚀性能。
硅溶胶具有低温合金制备材料、绝缘材料、密封材料等多种应用,其中硅铝酸盐是硅溶胶的主要成分之一。
硅铝酸盐是一种结构比较复杂的无机化合物,其主要成分为硅、铝、氢、氧和氯,它们之间形成一种桥状结构,由硅铝金属原子组成,由六元环和二元环组成,其主要性质是低温熔融,锆合金的熔点相对较低,临界点温度高于1000℃。
硅铝酸盐的这种结构特性使它具有优良的力学性能和耐腐蚀性,可以用来制备高品质的硅溶胶材料。
硅烷是另一种成分,它主要由硅、氢、氯等元素组成,可以有不同的结构形式,它们能够与硅铝酸盐结合形成高熔点的熔体,从而形成一种具有良好性能的混合物。
硅烷主要由硅铝酸盐和硅烷混合,硅烷可以增加硅溶胶的粘度和熔点,硅烷也可以增加硅溶胶的抗热性和抗碱性,它可以提高硅溶胶的总体特性。
硅溶胶由硅铝酸盐和硅烷混合而成,不仅具有优良的力学性能,而且具有良好的电气性能、耐热性能和耐腐蚀性能。
硅溶胶可以用于制备高品质的机械制品、绝缘制品和密封制品等,广泛应用于航空航天、电子、化工等领域,已成为一种重要的材料。
硅溶胶的制备总结如下:首先,硅铝酸盐和硅烷混合,然后经过搅拌、熬煮和烘干等环节,最终形成一种高熔点的混合物。
该混合物可以用于制备硅溶胶,具有良好的力学性能和电气性能,耐热性能和耐腐蚀性能良好。
硅溶胶作为一种重要的材料,它的成分主要由硅铝酸盐和硅烷混合而成,通过熔融、搅拌、烘干等工艺步骤,最终形成一种高熔点的混合物,具有优良的力学性能和电气性能,耐热性能和耐腐蚀性能良好。
可以广泛应用于航空航天、电子、化工等领域,是一种重要的材料。
综上所述,硅溶胶是一种重要的材料,它的成分主要由硅铝酸盐和硅烷混合而成,具有优良的力学性能和电气性能,耐热性能和耐腐蚀性能良好,广泛应用于航空航天、电子、化工等领域。
因此,硅溶胶的成分是不可忽视的重要因素,为我们发展更高性能的材料提供了重要的参考。
纳米级铝溶胶简介纳米级铝溶胶是一种具有纳米尺度的铝颗粒悬浮液,具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨纳米级铝溶胶的制备方法、物理化学性质、应用领域等相关内容。
制备方法纳米级铝溶胶的制备方法多种多样,下面介绍其中几种常用的方法:水热法1.将氢氧化铝或铝酸盐溶解在腐蚀性较小的溶液中;2.在高温高压条件下进行水热处理,使溶液中的铝离子析出并形成纳米颗粒;3.经过洗涤和干燥,得到纳米铝溶胶。
气相凝胶法1.将有机铝化合物喷入高温气流中,通过气相反应形成纳米粒子;2.粒子在气流中冷却凝胶,生成纳米铝溶胶;3.经过洗涤和干燥,得到纳米铝溶胶。
硅溶胶模板法1.制备具有一定孔隙结构的硅溶胶模板;2.将硝酸铝溶液注入硅溶胶模板中,使铝溶液渗透进入模板孔隙;3.在适当温度下煅烧硅溶胶模板,模板燃烧分解,同时铝溶液反应生成纳米铝粒子;4.经过洗涤和干燥,得到纳米铝溶胶。
物理化学性质纳米级铝溶胶具有一系列特殊的物理化学性质,包括:形貌和尺寸纳米级铝溶胶的形态多样,可以是球形、棒状、片状等。
其粒径通常在10-100纳米之间,具有较大的比表面积。
稳定性纳米级铝溶胶具有较好的稳定性,不易聚集或沉淀。
这归功于溶胶表面覆盖了一层稳定剂或通过表面修饰来实现。
光学性质纳米级铝溶胶表现出特殊的光学性质,如表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)效应。
由于其粒径接近光波长,当受到光照射时,会产生强烈的吸收、散射和透射现象。
热性质纳米级铝溶胶具有较高的热导率和蓄热性能,可用于制备新型的热界面材料和热储存材料。
应用领域纳米级铝溶胶具有广泛的应用前景,以下是几个主要的应用领域:催化剂纳米级铝溶胶可以用作载体催化剂的活性组分,广泛应用于有机合成、环境保护和能源领域。
水处理通过将纳米级铝溶胶添加到水中,可以实现高效去除水中有机物、重金属离子和细菌等污染物,具有重要的水处理应用价值。
功能材料纳米级铝溶胶可以通过表面修饰和复合方法,制备出具有特殊功能的材料,如光催化材料、传感器和电子器件等。
硅溶胶的制备摘要:硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液,广泛应用于陶瓷、纺织、造纸、涂料、水处理、半导体等行业。
本文介绍了硅溶胶的各种制备方法及几种特殊用途的硅溶胶的制备。
阐述了影响硅溶胶稳定性的因素及其性能测试方法。
关键词:无机化学;硅溶胶制备;硅溶胶应用;综述1 技术领域本发明一般涉及适合用于造纸的含水二氧化硅基溶胶(Silica—based sols)。
更具体地,本发明涉及二氧化硅基溶胶,它们的制备方法和在造纸中的用途。
本发明提供一种用于制备具有高稳定性、高含量SiO2和提高的滤水(drainage )性能的二氧化硅基溶胶的改进方法。
2技术背景[1, 2]在造纸领域中,含有纤维素纤维以及任选的填料和添加剂的含水悬浮液(称为纸料)被装人流浆箱,该流浆箱将纸料喷到成型网架(wire)上。
水从纸料中滤出,从而在网架上形成湿纸幅,然后在造纸机的干燥段对该纸幅进行进一步的脱水和干燥。
通常将滤水和留着(retention)助剂引人到纸料中,以便促进滤水并增加颗粒在纤维素纤维上的吸附,这样它们与纤维一起被保留在网架上。
虽然高比表面积和一定的聚集或微凝胶形成的程度对性能来说是有利的,但太高的比表面积和大量的颗粒聚集或微凝胶形成会导致二氧化硅基溶胶稳定性的显著降低,因此需要使该溶胶极其稀释,以避免形成凝胶。
国际专利申请公开WO 98/56715公开了一种用于制备含水聚硅酸盐微凝胶的方法,包括混合碱金属硅酸盐水溶液与pH 为11或更小的二氧化硅基材料的水相。
该聚硅酸盐微凝胶与至少一种阳离子或两性聚合物一起在纸浆和纸的生产以及水净化中用作絮凝剂。
国际专利申请公开WO 00/66492公开了一种用于生产包含二氧化硅基颗粒的含水溶胶的方法,该方法包括:酸化含水硅酸盐溶液至pH值为1—4以形成酸溶胶;在第一碱化步骤中碱化该酸溶胶;使碱化溶胶的颗粒生长至少10分钟和/或在至少30℃的温度下热处理该碱化溶胶;在第二碱化步骤中碱化所得到的溶胶;并且任选地,用例如铝对该二氧化硅基溶胶进行改性。
专利名称:一种铝改性硅溶胶的制备方法专利类型:发明专利
发明人:杨训成,陈连喜,范渊卿
申请号:CN201410673957.2
申请日:20141121
公开号:CN104588568A
公开日:
20150506
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种铝改性硅溶胶的制备方法,是取NaOH,搅拌下加入到水中加热溶解,继续升温至90-100℃,再加入Si粉和Al粉的混合物,反应5-8小时后冷至室温,过滤,得到清透或者乳白色溶胶。
本发明选择在硅粉里面掺杂少量的铝粉的方法,利用金属单质溶解法一步合成铝改性硅溶胶。
铝粉和硅粉都是比较价廉易得的材料,通过硅粉和铝粉与氢氧化钠的反应生成,并控制铝的添加量,可以得到不同改性程度的铝改性硅溶胶。
该铝改性硅溶胶中铝在胶体粒子形成过程中就可以发挥作用,能够键合到硅氧烷键(—Si—O—Si—)结构中,并能充分有效地参与到硅溶胶吸附层甚至胶核的形成,而且铝改性的程度可有效地加以控制。
申请人:广东惠和硅制品有限公司
地址:523455 广东省东莞市东坑镇初坑管理区
国籍:CN
代理机构:广州市一新专利商标事务所有限公司
代理人:刘兴耿
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铝、铝硅溶胶及其粉末的合成裴立宅【摘要】以硝酸铝为铝源、硅溶胶为硅源、柠檬酸为稳定剂,采用溶胶凝胶法制备出了稳定的铝溶胶及铝硅溶胶,分析了硝酸铝与柠檬酸的摩尔比(N/C比)、反应温度、保温时间对铝溶胶形成的影响,确定N/C比3:1、100℃及保温1h是铝溶胶较优的工艺参数.XRD分析表明,经1200℃煅烧2h后,铝凝胶粉转变成了α-A1203晶相,铝硅凝胶粉末经1200℃煅烧2h后.样品主要为正交莫来石结构,SEM显示所得粉末为无规则形态.【期刊名称】《佛山陶瓷》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】5页(P37-41)【关键词】铝溶胶;铝硅溶胶;X-射线衍射分析;扫描电子显微镜【作者】裴立宅【作者单位】安徽工业大学材料科学与工程学院,马鞍山,243002【正文语种】中文铝、铝硅溶胶在陶瓷和耐火材料工业中作为结合剂,在造纸工业中作为填充剂,在纺织纤维制品中作为添加剂、乳化分散剂、催化剂载体等方面有着广泛应用,引起了人们的研究兴趣。
目前已有采用纯铝、异丙醇铝为原料,添加硝酸、氨水作为胶溶剂,采用溶胶-凝胶过程制备出了铝溶胶[1-3]。
通过正硅酸乙酯和异丙醇铝醇盐在氨水中的水解可以合成铝硅溶胶,进一步干燥可得到莫来石凝胶前驱体[4-5]。
另外,以异丙醇铝、硝酸铝为铝源,正硅酸乙酯为硅源,采用溶胶-凝胶法可合成铝硅莫来石溶胶,并可制备出莫来石纤维[6]。
不同于采用以上原料,本文以硝酸铝为铝源、柠檬酸为稳定剂,在低于100℃的温度下制备出铝胶,在硝酸铝中直接加入硅胶混合,制备出了稳定的铝硅溶胶,煅烧凝胶前驱体后得到氧化铝和莫来石粉末,通过扫描电子显微镜、X-射线衍射分析等测试手段分析了最终的产物,这对于以简单的原料和工序来制备稳定的铝、铝硅溶胶及其氧化铝、莫来石粉末具有一定的研究意义。
2.1 实验过程2.1.1 铝溶胶的制备称取一定质量的硝酸铝(分析纯)和柠檬酸(分析纯),硝酸铝和柠檬酸的摩尔比(N/C摩尔比)分别为3:1、4:1和5:1,然后将其溶解到一定体积的蒸馏水中,最终所得溶液的浓度约2.5mol/L。
将所配溶液放入磁力搅拌器内,转速约800rpm,分别于室温、40℃、50℃的不同温度下搅拌0~4h,然后升温至100℃,搅拌保温1~2h,得到浅黄色胶体。
将所得溶胶置于烘箱内,于150℃加热,得到凝胶粉末,然后将所得凝胶粉末放于马弗炉内,分别于800℃、1200℃煅烧2h,并自然冷却,得到白色粉末。
2.1.2 铝硅溶胶的制备称取与莫来石(3Al2O3·2SiO2)的Al、Si具有相同化学计量比的一定质量的硝酸铝和硅溶胶(工业级,含量为34.39wt%),硝酸铝和硅溶胶的总量与柠檬酸的摩尔比为3:1,然后将其溶解到一定体积的蒸馏水中,最终所得溶液的浓度约2.5mol/L。
将所配溶液放入磁力搅拌器内,转速约800rpm,于100℃搅拌保温1h,得到呈浅黄色的胶体。
将所得溶胶置于烘箱内于150℃加热,得到凝胶粉末,然后将所得凝胶粉末放于马弗炉内,于1200℃煅烧2h,并自然冷却,最终得到白色粉末。
2.2 样品表征采用德国西门子D5000型X射线衍射仪对样品进行结构和物相分析;采用Cu靶Kα辐射(波长0.15406 nm),所用管压为50kV,电流为100mA,2θ=10°~80°;采用日本JEOL公司的JSM5410扫描电子显微镜观察所得粉末的表面形貌,加速电压为15kV。
3.1 铝溶胶制备工艺参数的优化根据目前关于铝胶的文献[7],初步确定了铝溶胶的制备工艺,最终确定了制备铝胶时较优的工艺参数。
初步分析了N/C摩尔比为3:1时,于室温、40℃、50℃时保温并搅拌4h所得样品的实验结果,如图1所示。
从图中可明显看出,随着温度的增加,所得溶液样品的颜色逐渐加深,由略显黄色增至了浅黄色。
经过24h及更长时间的静置后,室温下在烧杯的底部明显有白色晶体析出(图1a),这从图2(a)中的俯视图观察得更明显,这说明室温下柠檬酸起不到稳定硝酸铝的作用。
而从图1(b)和图1(c)可看出,两种溶液样品都没有物质析出,从图2(b)和图2(c)的俯视图可明显看出,溶液样品很澄清,完全没有物质析出,表明40℃、50℃时保温所得样品溶液很稳定。
将图1(b)和图1(c)中的样品于100℃保温2h,可得到具有一定粘度的铝溶胶样品,且经24h及更长时间的静置后,所得溶胶样品很稳定,没有物质析出。
但是令人感兴趣的是,将样品1(图1a)直接加热至100℃,保温2h,也可以得到具有一定粘度的铝溶胶,经24h及更长时间的静置,所得溶胶样品也是很稳定的,没有物质析出。
因此,为了减少实验步骤,分析了直接将溶液加热至100℃并分别保温1h和2h的实验结果,确定了较优的保温时间,并进一步分析了不同N/C 比时制备铝溶胶的实验结果,确定了合适的N/C比例。
N/C比为3:1时,于100℃分别保温1h和2h所得样品的实物图片如图3(a)和图3(b)所示。
从图中可看出,经1h和2h保温后,所得溶液样品很相似,经24h及更长时间的静置后,溶液样品没有物质析出,表明所得铝胶可以长时间稳定存在,所以确定制备铝胶较合适的保温时间为1h。
当将N/C比例增至4:1时,即减少柠檬酸的用量,于100℃分别保温1h后,所得样品也是具有一定粘度的溶胶,但是经过24h及更长时间的静置后,所得铝溶胶析出了大量的白色物质,如图3(c)所示,图3(c)左上角溶胶样品的俯视图片进一步显示,样品中析出了大量的白色物质,表明随着柠檬酸用量的减少,溶胶样品变得不稳定,所以最终确定制备铝胶较合适的N/C比为3:1。
经过以上分析,初步确定N/C比为3:1,100℃并保温1h是制备铝溶胶较合适的工艺参数。
3.2 铝硅溶胶的制备以硝酸铝、硅溶胶及柠檬酸为原料,根据莫来石的化学计量比,于100℃、保温1h制备出了铝硅溶胶。
另外,将所得铝胶和硅胶在室温下直接混合也得到了铝硅溶胶,如图4(a)和图4(b)所示。
从图中可明显看出,所得溶胶具有一定的粘度,呈浅黄色,经24h及更长时间的静置后,可以稳定存在,没有物质析出,说明所得铝硅溶胶可以较长时期稳定存在。
3.3 氧化铝及莫来石粉末的合成3.3.1 溶胶煅烧温度的确定为了鉴定所制备的溶胶是否可以得到氧化铝和莫来石粉末,需要将其烘干形成凝胶粉,然后进行高温锻烧,以确定最后所得粉末是否为所需要的氧化铝及莫来石粉末,所以首先需要确定凝胶粉末的煅烧温度。
Shojaie-Bahaabad等[8]研究了以AlCl3·6H2O和Al粉为原料,通过溶胶-凝胶法所得铝溶胶形成晶体氧化铝的温度大于600℃,600℃煅烧所得粉末的XRD图显示粉末具有β-Al2O3和γ-Al2O3晶相;将热处理温度升高至900℃,β-Al2O3和γ-Al2O3晶相的峰强增加;而当煅烧温度增至1000℃时,样品中出现了一些α-Al2O3的特征衍射峰;大约在1100℃,β-Al2O3和γ-Al2O3相变成了稳定的α-Al2O3。
通常α-Al2O3的晶化温度大约在1200℃,这是由于粉末的晶粒尺寸小、比表面积大,从而降低了α-Al2O3的晶化温度。
Li等[7]对以硝酸铝和柠檬酸为原料制备铝胶的煅烧研究表明,以硝酸铝为铝源时,样品经800℃煅烧后所得产物的XRD图中有较弱的γ-Al2O3特征峰;随着煅烧温度增加至900℃,产物中的γ-Al2O3晶相增加;温度增加至950℃时,出现了较弱的α-Al2O3特征峰;随着温度高于1000℃时,可观察到α-Al2O3特征峰的强度明显增加,且没有其他种类的晶体衍射峰出现。
以一水软铝石及硝酸为原料制备铝胶的研究[9]表明,煅烧温度为1000℃时,凝胶粉可以转变为α-Al2O3粉末。
因此,铝溶胶形成晶体氧化铝的温度大于600℃,铝溶胶形成晶体α-Al2O3较适宜的温度为1000℃。
以不同的铝源及硅源通过溶胶凝胶过程所得莫来石凝胶粉的莫来石化的温度有所不同。
分别以氯化铝和正硅酸乙酯(TEOS)为铝源和硅源时,所得莫来石凝胶粉的莫来石化温度大于1250℃[4];以异丙醇铝醇盐和TEOS分别为铝源和硅源时,所得莫来石凝胶转变为莫来石晶体的相变温度位于1100~1200℃之间 [5];以硝酸铝及TEOS为铝源和硅源时,莫来石凝胶粉的莫来石晶化温度为1050~1350℃[9-10];以一水软铝石和TEOS为原料时,所得莫来石凝胶粉于1250℃时可完全莫来石化[11]。
根据以上分析,初步确定铝凝胶粉的煅烧温度为800℃和1200℃,莫来石凝胶粉的煅烧温度为1200℃。
3.3.2 XRD分析图5是铝凝胶粉末于不同温度下煅烧后的XRD图,从图中可看出,铝凝胶粉于800℃煅烧2h后,所得粉末已晶化,经检索(PDF卡号:46-1212)可知,样品主要由γ-Al2O3构成,同时已有少量的α-Al2O3出现(PDF卡号:10-0173)。
随着煅烧温度增至1200℃,并保温2h后,样品中的γ-Al2O3晶相基本消失,样品主要由α-Al2O3构成,表明此在温度下煅烧后样品已基本α-Al2O3化,以上结果与以前的文献[7,8,12]报道是相似的。
图6为铝硅凝胶粉于1200℃锻烧2h后所得粉末的XRD衍射图,经检索(PDF卡号:15-0776)可知,样品主要为莫来石正交结构,这也与以前的文献[4,5,9-11]报道一致。
3.3.3 SEM分析通过SEM扫描测试,对不同温度下煅烧后所得氧化铝粉末和莫来石粉末的形态及尺寸进行了分析,如图7和图8所示。
从图7可看出,铝凝胶粉末于高温下煅烧后粉末的尺寸较大,这是由高温煅烧时粉末的团聚引起的。
样品均呈无规则形态,尺寸分布范围较大。
800℃锻烧2h后粉末尺寸大于1μm,同时有数量众多的尺寸低于1μm的小颗粒,还有一些尺寸超过10μm的更大颗粒。
随着煅烧温度增至1200℃,所得氧化铝粉末的尺寸增加,大颗粒的尺寸约有数十微米,这是由于温度升高后团聚更严重引起的。
图8是在1200℃煅烧2h后所得莫来石粉末的SEM图像,从图可以看出,所得莫来石粉末仍为无规则形态,有一定的尺寸分布范围,平均尺寸约为3μm,这与1200℃煅烧2h所得氧化铝粉末的尺寸相当。
另外,样品中也存在少量的大颗粒,尺寸有数十微米,这也是由高温煅烧条件下粉末的团聚引起的。
分析以上的实验结果,可以得到如下结论:(1)以硝酸铝为铝源,柠檬酸为稳定剂,可以制备出稳定的铝溶胶,较优的工艺参数为N/C比3:1、100℃及保温1h。
分别经800℃和1200℃煅烧2h后所得样品的XRD图谱表明,至1200℃时,铝凝胶粉基本上转变成了α-Al2O3晶相。
SEM显示所得粉末为无规则形态,这是由于高温煅烧引起了粉末的团聚。