一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法，涉及铝粉的制备方法，解决现有制备纳米铝所存在的成本高、产量低，不适于产业化生产，从而制约纳米铝的应用发展的问题。步骤为：在氢气保护环境下，将普通铝粉中加入无水三氯化铝、碘单质和卤代烃进行反应，反应结束后抽滤得到低活性纳米粒铝粉，继续加入氢化钠，进行半固相反应，加入四氢呋喃搅拌得到液体，再将此液体滴加到90℃甲苯溶液中，得到的沉淀物即为成品。本发明专利技术工艺简单，制备条件温和，适宜工业化生产，所生产的特有的孔结构铝粉有很广泛的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铝粉的制备方法，具体涉及一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法。
技术介绍
活性多孔铝粉作为新世纪的新型多功能技术材料，具有许多特殊性质和广阔的应用前景。当固体物质粒径接近或达到纳米级别时，表面原子与内部原子比例增加，固体会通过改变表面状态来试图降低表面能，即活性铝粉表面原子相对于普通铝粉而言具有更高的表面活性，更容易熔化以降低表面能量。基于上述特征，活性多孔铝粉在推进剂及火药等军工领域具有非常重要的应用前景。活性铝粉可明显提高推进剂性能，具有如下突出效应：降低点火温度，缩短点火延迟时间；提高推进剂燃烧速率，且燃烧完全、燃烧效率高；降低燃速压强指数；抑制振荡燃烧，提高推进剂燃烧稳定性；此外、活性铝粉自身所具有的高表面活性也可使其在膏体推进剂配方中起到胶凝剂的作用，在很大程度上提高了膏体推进剂的悬浮稳定性；而且活性铝粉在固体推进剂中燃烧凝聚相产物粒径相对于微米铝粉有所降低。炸药中添加纳米铝粉可以提高炸药的爆速，但爆热有所降低，这是由于金属铝粉的燃烧能量在反应区短时间内没释放出来，而微米铝粉在云爆弹、温压弹等战斗弹中的应用，提高了总的释放能量。为进一步提高能量释放速率，国内外研究者试图添加纳米铝粉，但纳米铝粉较低的活性铝含量会使总能量降低，为了不降低总能量，一般采用微纳米铝粉双重粒径混用的方式。目前报道的活性铝粉制备方法主要有物理法和化学法。物理法包括蒸发冷凝法、线爆炸法、脉冲激光剥蚀法和电弧放电法；化学法主要有机械化学法和溶液化学法。物理气相沉积法（PVD）即蒸发冷凝法，是制备活性铝粉一种常用的物理方法。其原理是：在惰性气氛下，通过加热源使原料铝锭蒸发，产生铝蒸气，之后铝蒸气原子与惰性气体原子碰撞自身失去能量而迅速冷却，在接近冷却装置的过程中，铝蒸气首先形成原子团簇，然后形成单个纳米微粒，纳米微粒随气流经分级进入收集区内而获得纳米粉末。这种方法耗能大、成本高、粒径难以控制、产品稳定性差；但是，得到纳米铝粉中活性铝粉的比例相对较高，可以达到90%以上，我们称之为高活性纳米铝粉。机械化学法采用氯化铝和金属锂作为反应原料，边研磨边反应制备纳米铝。研磨反应后所得产物经过有机溶剂硝基甲烷/氯化铝溶液洗涤，能够除去大部分副产物氯化锂。所得纳米铝的平均粒径为55nm。如果使用金属钠与氯化铝球磨制备纳米铝，由于所生成的纳米铝非常活泼，存在副产物氯化钠难以去除的缺陷。现有的机械化学法制备纳米铝难以保证所有的原料都能够参与反应，因为固相研磨法毕竟接触面较小，无法与均相反应相比；所制得的纳米铝粉的活性铝含量也比较低，大概在65%～80%之间，我们称之为低活性纳米铝粉。溶液化学法制备纳米铝主要是使用两种方法，其一是无水氯化铝与氢化铝锂在介质中反应生成单质铝和氯化锂，控制反应条件及反应介质，就有可能得到纳米铝，得到的纳米铝尺寸为160±50nm，副产物氯化锂采用甲醇在-25～0℃条件下洗去；另一种方法是分解铝的有机化合物的方法来制备纳米铝，所采用的介质也是1,3,5-三甲苯溶剂，温度控制在大约100～164℃，所得纳米铝的尺寸为40～180nm。中国专利ZL201110142205X，公开了一种化学法制备纳米铝的方法，是通过热分解铝化合物的方法来制得纳米铝。该方法依然存在成本昂贵、产量小的缺陷，而纳米铝的应用也依然存在着制约。为了解决现有技术存在的上述缺陷，有必要研发一种低成本、产量大的纳米铝制备方法。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有制备纳米铝所存在的成本高、产量低，不适于产业化生产，从而制约纳米铝的应用发展的问题，而提供了一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法，步骤为：在氢气保护环境下，将普通铝粉中加入无水三氯化铝、碘单质和卤代烃进行反应，反应结束后抽滤得到低活性纳米粒铝粉，继续加入氢化钠，进行半固相反应，加入四氢呋喃搅拌得到液体，再将此液体滴加到90℃甲苯溶液中，得到的沉淀物即为具备比表面积活性多孔铝粉。进一步地，上述制备方法的步骤为：在常压下，用氢气将反应装置进行置换后，加入普通铝粉,在0℃以下的低温循环环境下，加入无水三氯化铝和碘单质作为引发剂进行反应，再加入卤代烃，在20～43℃的油浴锅加热下回流27～33min，待烟雾消失后，不进行分离，在固液混合物中加入氢化钠进行半固相反应，反应进行2～2.5h后停止，加入四氢呋喃搅拌50～70min后迅速抽滤，得到液体,将此液体滴加到88～93℃甲苯溶液中，滴加完成后，持续搅拌反应2.5～3.5h后停止，溶液中会有沉降物出现，收集该沉淀，即得成品。更进一步地，所述的普通铝粉粒度为100～200目，纯度≥99.0%。所述的普通铝粉与无水三氯化铝和碘单质的质量比为15～20:1:1，普通铝粉与卤代烃用量的摩尔比为1:2.5～3，这是因为无水三氯化铝和碘单质是引发剂，用量不需要太多，但是引发剂的多少与引发的时间长短有关系，过多的引发剂会引起副反应的发生，经试验发现用量比控制在15～20:1:1时，效果最好。所述的普通铝粉与氢化钠的摩尔比为1:3.5～4.5，其中一部分氢化钠会与之前加入的卤代烃发生反应。所述的四氢呋喃与普通铝粉的用量比为35～45mL:1g，四氢呋喃作为溶剂，将反应得到的氢化铝等进行络合提取然后再在甲苯中分解。本专利技术方法属于化学法，反应机理为：铝粉表面有氧化铝层的保护和隔离，加入的无水三氯化铝和碘单质作为引发剂，会与表层的氧化铝发生“腐蚀”反应，由于铝粉表面的不均匀导致氧化层的薄厚不一，随着反应进行，内层的铝粉就会暴露出来，与有机物卤代烃发生格氏反应，进而使铝表面的反应发生进度不一的现象，出现孔洞结构；大颗粒的铝粉表面氧化铝的百分比较大，内层的铝粉会不断反应消耗，使颗粒粒度不断变小，反应的持续进行就会出现尺寸更小的纳米铝粉，随着颗粒粒径变小，氧化铝的百分比就会相对增加，反应就会延缓，所以得到的铝粉中纳米级别的比例不是很大，活性自然不会太高。在表面层被破坏后，内层铝粉就会暴露，反应的进行是放热的，会使局部温度升高使部分铝粉活化，进而引起连锁反应，活化的铝活性非常高，可以和加入的氢化钠反应生成氢化铝，甚至可以直接和氢气化合得到氢化铝；氢化铝晶型较多，多数不稳定，容易分解；另外，溶液反应过程中可能有部分烷基铝的生成，这些物质活性高，不稳定，对空气敏感，在后续处理中会分解，释放出铝，此时的铝都是颗粒比较细小的部分，沉积收集的物质主要成分就是铝，并且多数是纳米铝，除此之外还有部分来不及分解的氢化铝，或者已经转变晶型的稳定的α型氢化铝和烷基铝的残留，部分会包覆在纳米铝粉的表面，导致活性更高纳米铝的相对含量较多，这些残留物的存在会互相影响，从而得到活性相对较高的纳米铝粉，并且具备多孔结构。上述方法在常压下，用氢气将反应装置进行置换后，加入普通铝粉,在0℃以下的低温循环环境下，加入无水三氯化铝和碘单质作为引发剂进行反应，再加入卤代烃，在20-43℃的油浴锅加热下回流27-33min，待烟雾消失后，再反应8-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法，其特征在于，步骤为：在氢气保护环境下，将普通铝粉中加入无水三氯化铝、碘单质和卤代烃进行反应，反应结束后抽滤得到低活性纳米粒铝粉，继续加入氢化钠，进行半固相反应，加入四氢呋喃搅拌得到液体，再将此液体滴加到90℃甲苯溶液中，得到的沉淀物即为具备比表面积活性多孔铝粉。

【技术特征摘要】
1.一种具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法，其特征在于，步骤为：
在氢气保护环境下，将普通铝粉中加入无水三氯化铝、碘单质和卤代烃进行反应，反应结束后抽滤得到低活性纳米粒铝粉，继续加入氢化钠，进行半固相反应，加入四氢呋喃搅拌得到液体，再将此液体滴加到90℃甲苯溶液中，得到的沉淀物即为具备比表面积活性多孔铝粉。
2.根据权利要求1所述的具备比表面积活性多孔铝粉的制备方法，其特征在于，步骤为：
在常压下，用氢气将反应装置进行置换后，加入普通铝粉,在0℃以下的低温循环环境下，加入无水三氯化铝和碘单质作为引发剂进行反应，再加入卤代烃，在20～43℃的油浴锅加热下回流27～33min，待烟雾消失后，不进行分离，在固液混合物中加入氢化钠进行半固相反应，反应进行2～2.5h后停止，加入四氢呋喃搅拌50～70min后迅速抽滤，得到液体,将此液...

【专利技术属性】
技术研发人员：高建峰，王军勤，曹端林，李永祥，徐春燕，黄媛媛，高生旺，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14