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均相沉淀法制备球形氢氧化铝颗粒及其热分解行为

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第七卷第二

期

1992年6月VolJ7No2JoUrnal机材料学报ofInorgaineMaterial

s

une1992

均相沉淀法制备球形氢氧化铝颗粒及其热分解行为

带

翻奄施剑林高建华阮美玲

(中国科学院上海硅酸盐研究所)

摘要

温度

瓢黑露耀萝篡翼票辈粱军纂黑;黔翼瓷器士荞豁瓷课蓄矍

髯l华

含磊簇霎翼翼魏撰硫绪瞻看翟矶;鑫毓黑黔才霏贾粱淤

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嚣

A儿。颗粒也越小其烧结性能越好

关健词:均相沉淀;球形颗粒;热分解行为;氮乳化铝

一、引言

陶瓷粉料的烧结性与其粉料的性质有密切关系为获得良好的烧结活性,要求粉料

颗粒小分布均匀无团聚并希望颗粒的形状规则(如球形)用有机醇盐水解法

【`一3’,

通过仔细控制水解过程可制得球形氧化物或氢氧化物颗粒某些金属的无机盐水溶浪在沸点

条件下水解也可制得球形的盐类或氢氧化物颗粒〔4“’前法成本高,操作过程复杂,且未能得到球形lA夕。颗粒〔7,后法也由于周期长产率低而未得到广泛应用人们利用尿素溶液加热时按CO(万乓);+3H夕△”Cq个+ZN氏oH进行使溶液逐渐呈碱性〔`’的特性,发展了均相沉淀法来制备AJ(OH)。的颗粒〔`。’,所得颗粒呈球形

但尺

寸分布较宽本研究用均相沉淀法制得了球形lA(OH)。颗粒,通过控制沉淀过程,得单一尺寸的颗粒,并对这种沉淀颖粒的热分解行为热过程中相变行为形貌变化作了较详尽的研

究

二、实验

用高纯NH`Al(50`):12H:o作为沉淀前驱剂在NH`AI(50`),iZHZo与分析纯co

(NHZ):的混合溶液中,[A13+〕浓度固定在:0,l“o}21,〔A13+〕/〔Co(NHZ)2〕的

摩尔比值为

0048混合溶液在水浴恒温槽中加热,并以搅拌器保持温度均一温度控制精摩为士1℃

水浴槽以玻璃制成,故可清楚地观察沉淀的出现溶液置于容量瓶中,并配以塞子尽防尘

1990年7月5日收到加月切口

凑叫材拓艺无机材料学报护卷

埃掉入沉淀出现一定时间后,将沉淀溶液取出水浴并迅速置于20℃流水中急冷沉淀颗粒经沉降,洗涤后作电镜观察和热分解行为研究

三、结果与讨论1影响球形颗粒形成

的主

要因素

(1)保温时l’q(th)图1为85℃时沉淀出现后不同保温时间所得颗粒的形貌由图可见,t、=8mln时,所得沉淀颗粒小,而且球形的颗粒具有几乎相同的尺寸(约06卜m),即所谓单尺寸颗粒,

(a)t、~smin(b)`、=20min图1不同保温时间(t动的沉淀颗粒(e

)t、=45min

Fig1PreeiPitatedPartiejesatdifferentholdingtimet加20min时,球形颗粒长大到约。8协m,尺寸仍基本一致,到45min时

,一些大颗粒尺

寸

达25om左右,而且还出现许多细小颗粒(约。5pm),还有一些颗粒穴寸在

14~2

0

协m左右当九二100min时,颗粒之间相互团聚,无明显的颗粒

生长

(2)温度不同的温度可影响尿素的分解速度,从而也影响颗粒的尺寸,在th`20min时获得的颗粒如图2所示由图可见,较高的温度可获得较大的颗粒尺寸,并且尺寸大小有一定

差别;温度较低时颗粒较小,且尺寸分布窄,基本上为单一尺寸的颗粒

(a)宁2℃Fig2图2Partieles(卜)75℃不向温度下的沉淀颗粒

d即ositedatdifferenttemPeratur

e

,

(3)阴离子种类球形颗粒只有在硫酸铝(或硫酸铝钱)溶液中获得而不能在砖酸铝或氯化铝溶液币得

到加热硝酸铝或氯化铝与尿素的混硕。溶液只得到半透明的凝胶这种凝胶在瞬时形成井2期施剑林等均相沉淀法制备球形氢氧化铝颗粒及其热分解行为

16息

占据整个溶液的体积这种凝胶干燥后如图3所示表1球形顺粒的化学分析结果

Table1Chemiealanaly

sisof

sPheriealPartie

les

Componen

t150忿`{Co言}H:0I

AI:o

,

图3硝酸铝溶液中所得凝胶干燥后

的形貌

。6一%)

…23一…3一…

29

…一

Fig3MorPhologyofdriedgel

fromAl(NOs)5soihtion

2沉淀产物成份分析及热

分解行

为

(1)成份化学分

析

一

沉淀产物的化学分析(表1)表…明,在沉淀中含有一定量的硫酸根〔s。扩〕由于仁so

`“〕和[Alzo息

〕的

含量分别大大低于和高于任何可能存在的硫酸铝或碱式硫酸铝

,

所以

沉淀产物是含有一定量〔so扩〕的lA(oH)

。颗粒【“

J

(2)热分解行为

由图4可见,40。℃前,存在三个吸热峰,并伴随有约42%的失重这三个吸热峰对

应于沉淀中水份(吸附水配位水)和oH的分解在910℃出现另一个吸热峰,伴随16

%

的失重量,对应于仁sq“〕的分解(以50:的形式放出)1。。。℃时,分解完毕,失重停

止3热分解过程中的相变

图5为热分解过程中颗粒状粉料物相随缎烧温度的变化沉淀产物是无定形的(图

sa),750℃媛烧25min后,由于〔50`2〕尚未分解,故颗粒仍呈无定形(图sb),950℃

时

(图5。),出现了卜A12o。的漫化宽峰表明〔5042」分解后卜Al夕3形成1080℃时出

现

a一A12o。的尖说衍射峰这时卜AI:03与a一Al:0。共存(图sd)1150℃时(图se),粉料中

净fl

!

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390C假)’5。’

o

。夕

图4颗粒状沉淀的热分解行为

Fig4Themarlbehaviorofparticle

PreciPitate

图5沉淀颗粒经不同温度处理后的xRD谱

Fig5XRDsPeetraofthePartiele

s

PreeiPitatedafterheattreatmentatdi什erenttemPerature母拓无机材料学报7

卷

16睡

只存在a一A120。相这一分解过程可表示为

:

含、亡稚形柳四矿鹦弄定形Al:o。+Al:(os`)。鹦Y一Al二王旦翌

斗

。-

扮蕊

森纂磊粼

EM{ED研。

一

二图6岛争为沉淀于不同姊孟度媛烧后韵TEM显微形貌及其电子衍射花样(DEo)由图

6

可见,这时颗粒为无定形950℃缎烧后:由于〔s。扩〕的分解,_颗粒丙部衬度发生变化(周7),出现众袭的细少铆粒,为六A姆。的形貌(甲““)`““。℃时,X只D分析表明丫二与Q、Al:Q。共存(图万d),一叉多坷(图;a)也证明了这一点,图中两个球形颗粒的形

貌有

图675。℃股烧的颗粒形貌(a)及电子衍射花渐

b)

Flg6TEMmorPhologyofthe如r之ieles(a)andtheel邻

t

ro

n

diffra呼io“妙a`tern(b)a`

750℃

图入:黔纂器巡鞘(图sc)由图sa可见,在同一颗粒中丫-荟厂拱舞时只观察到a一A12O。相见图9F娘、950℃缎烧后的颗粒形

貌

TEMmp厂p加logy

ofthe

Partielesat950℃

:、;粼戮粉

署然憋

图砂江。名O℃股烧的黝粒形貌(aiF乐8二TEMm。印h仗。gy`求恤娜比i41已)颗粒A的电子衍射花样(b)和颗粒Bc()

的电子

衍射花样

ofthepartieles(a)亏eleotrond江fraction刀att

erns

A(b)andfr0oPartieleB(e)at1

080

℃

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第三章沉淀法3-2

第三章沉淀法3-2


均匀沉淀的扩散式生长
团聚形成的单分散体系
不定向团聚
均相沉淀法Sm掺杂的氧化铈（SDC）
Sm(NO3)3
Ce(NO3)3
尿 素
85oC恒温
沉淀
粉体
焙烧
干燥
洗涤
过滤
SDC粉体的TEM照片
250nm
250nm
1500C烧结的样品的SEM照片
不同制备方法下CeO2粉体的形貌
b
a共沉淀 法 b均相共 沉淀法 c水热合 成法
I无晶核生成 II成核阶段 III生长阶段
生成沉淀的途径主要有
1）沉淀剂缓慢的化学反应，导致H+（OH-）离子变化，溶
液pH值变化，使产物溶解度逐渐下降而析出沉淀 H2NCONH2 + 3H2O CO2 + 2NH4+ + 2OH- (90C) 2) 沉淀剂缓慢的化学反应，释放出沉淀离子，达到沉淀离 子的沉淀浓度而析出沉淀 NH2HSO3 + H2O SO42- + NH4+ + H+ 3）协同作用 H2NCONH2 + H2O CO2 + 2NH3 (90oC） NH3 + HC2O4C2O42- + NH4+
粉体制备流程
尿 素 Sm(NO3)3 Ce(NO3)3 300～800W微波 加热8~15min 沉淀
粉体
焙烧
干燥
洗涤
过滤
粉体形貌（TEM）
100nm
100nm
200nm
200nm
试剂浓度与粒子尺寸
[M4+] [urea]
晶粒尺寸(nm)
(谢乐公式计算)
粒子尺寸(nm)
江苏师范大学科文学院2017版纳米技术复习资料

江苏师范大学科文学院2017版纳米技术复习资料

1、什么是纳米科学技术？定义：20世纪80年代末期刚刚诞生并正在崛起的新科技，是研究在千万分之一米(10–7)到十亿分之一米(10–9m)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术，又称为纳米技术。

2、纳米材料的定义？按照结构维度划分，纳米材料可以分为哪几类？纳米材料(Nanomaterials)的定义:把组成相或晶粒结构的尺寸控制在1-100纳米范围的具有特殊功能的材料称为纳米材料。

即三维空间中至少有一维尺寸在1-100纳米范围的材料或由它们作为基本单元构成的具有特殊功能的材料。

按结构维度( the number of dimensions）分为5类：(1)零维材料quasi-zero dimensional—三维尺寸为纳米级(100 nm)以下的颗粒状物质。

(2)一维材料—线径为1—100 nm的纤维(管)。

(3)二维材料—厚度为1 — 100 nm的薄膜。

(4)体相纳米材料(由纳米材料组装而成)。

(5)纳米孔材料(孔径为纳米级)3、制造纳米产品的技术路线有哪些？制造纳米产品的技术路线可分为两种：―自上而下‖ (top down)：是指通过微加工或固态技术，不断在尺寸上将人类创造的功能产品微型化。

如：切割、研磨、蚀刻、光刻印刷等。

特点：尺寸从大到小―自下而上‖ (bottom up) ：是指以原子分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑成具有特定功能的产品，这种技术路线将减少对原材料的需求, 降低环境污染。

如：化学合成、自组装、定位组装等。

4、纳米结构，纳米组装体系，纳米结构人工组装体系，纳米结构自组装体系。

纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装成的一种新的体系，它包括一维、二维、三维体系。

纳米组装体系是以纳米颗粒或纳米丝、纳米管及纳米尺寸的孔洞为基本单元在一维、二维和三维空间组装排列成具有纳米结构的体系。

沉淀分离法

沉淀分离法

沉淀分离法沉淀分离法是分离纯化生命大分子物质常用的一种经典方法。

一、沉淀分离法的基本原理概述沉淀法也称溶解度法，其纯化生物大分子的原理是根据物质的结构差异（如蛋白质分子表面疏水基团和亲水基团比例的差异）来改变溶液的某些性质（如pH值、极性、离子强度、金属离子等），使抽提液中有效成份的溶解度发生变化，使所需有效成分出现最大溶解度，而杂质出现最小溶解度；或者相反，然后溶解度小者以沉淀的形式析出，从而达到从抽提液中分离有效成份的目的。

二、沉淀分离法中沉淀生成的过程（1）形成过饱和溶液与核的形成溶液达到过饱和状态时，首先有几个阴阳离子相聚形成结晶核，进一步在其周围聚集了阴阳离子、胶体粒子，成长为肉眼可见的粒子。

过饱和度浓度越大，核的形成速度越快，数目越多。

一旦有核产生，就开始形成沉淀，过饱和状态开始解体。

（2）沉淀的生长溶液中阴阳离子、胶体粒子等向晶核运动并在其表面上沉积下来，使核慢慢生长为沉淀。

沉淀分离法中对沉淀形式有几点要求：○1沉淀的溶解度要小，以保证被测组分能沉淀完全；○2沉淀要纯净，不应带入沉淀剂和其他杂质；○3沉淀易于过滤和洗涤，以便于操作和提高沉淀的纯度；○4沉淀易于转化为称量形式，同时，称量形式的分子量应具有确定的化学组成、应具有足够的化学稳定性、应尽可能大，这样可使称量的物质质量较大，从而减小称量误差，提高方法的准确度。

（3）陈化陈化，是使沉淀粒子变得粗大的一种有效方法。

生成的沉淀不马上过滤，将其与母液一起放置一段时间，使沉淀粒子再长大。

加热和搅拌可缩短陈化时间。

三、沉淀分离法的分类及其特点根据沉淀剂的不同，沉淀分离法也可以分成用无机沉淀剂（氢氧化物、硫化物、其它无机沉淀剂）的分离法、用有机沉淀剂（草酸、铜试剂、铜铁试）的分离法和共沉淀分离富集法。

沉淀分离法和共沉淀分离法的区别主要是：沉淀分离法主要使用于常量组分的分离（毫克量级以上）；而共沉淀分离法主要使用于痕量组分的分离（小于1mg/mL）。

微反应器水热法耦合制备纳米片状氧化铝

微反应器水热法耦合制备纳米片状氧化铝

第53卷第3期2021年3月Vol.53No.3Mar.,2021无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRY催化材料Doi：10.11962/1006-4990.2020-0232开放科学(资源服务)标志识码(OSID)微反应器水热法耦合制备纳米片状氧化铝王梦迪“,罗瑾周靖辉",于海斌吴巍",李晓云"(1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津300131；2.天津市炼化催化技术工程中心)摘要:以偏铝酸钠和硫酸铝为原料，通过一种高通量撞击流微反应器，提岀了将微反应法与老化、水热法高效集成制备纳米片状氧化铝的新工艺。

利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、BET法比表面积测定(BET)、热重-差热分析(TG-DTG)等方式对不同工艺耦合制备的产物进行了测试分析，研究了不同耦合方式对产物晶型、形貌、介孔结构等物理性质的影响。

结果表明:通过微反应器-水热法耦合技术能够制备粒径为30~100nm、厚度为2~5nm、纯度为99.7%以上的纳米片层状勃姆石(酌-AlOOH),经550益焙烧4h可制得同样形貌的酌-氧化铝(酌-Al J O i)。

通过不同工艺耦合能够调控氧化铝的形貌、介孔结构，为工业化制备片层状纳米氧化铝提供了很好的科研支撑。

关键词:高通量;微反应;水热;纳米片状氧化铝中图分类号:TQ131.1文献标识码:A文章编号：1006-4990(2021)03-0087-06Microreactor-hydrothermal coupling preparation of nano-flaky aluminaWang Mengdi1,2,Luo Jin1袁Zhou Jinghui1,2,Yu Haibin1,Wu Wei1,2,Li Xiaoyun1,2(1.CenerTech Tianjin Chemical Research and Design Institute Co.,Ltd.,Tianjin300131,China；2.Tianjin Refining Catalytic Technology Engineering Center)Abstract: A novel preparation process of nano-flaky alumina is proposed by using a high-throughput impinging stream microreactor with sodium metaaluminate and aluminum sulfate as raw materials,which efficiently integrates the mi­cro-reaction method with aging and hydrothermal method.The effect of different coupling methods on the physical properties of the product such as crystal shape,morphology and pore structure was studied by XRD,SEM,TEM,BET,TG-DTG and oth­er test methods.The flaky酌-AlOOH with purity of more than99.7%,particle size of30~100nm and thickness of2~5nm can be produced by microreaction-hydrothermal coupling technology.The酌-Al2O3with the same morphology can be obtained after calcination at550益for4h.The morphology and mesoporous structure of alumina powder can be regulated by the coupling of different processes.It provides theoretical support for the industrial production of nano-flaky alumina.Key words:high-throughput；microreaction；hydrothermal；nano-flaky alumina纳米氧化铝因具有优异的机械和化学性能,被广泛用于催化剂、复合增强材料、陶瓷材料、生物医学材料、半导体材料等。