发蓝光的高纯纳米γ-Al*O*粉末的制备方法技术

本发明专利技术是一种用水蒸气经雾化器水解醇铝、制备发出波长范围为４２０－４５１纳米蓝光的纳米γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］荧光粉的制备方法。其特征是水蒸气和溶解在非极性溶剂或回收的非极性溶剂中的醇铝，经过雾化器雾化水解制备出超细氢氧化铝粉末，加入水蒸气的压力为１．２－６．０大气压。制得分散的高纯发蓝光的纳米γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粉末其平均粒径分别为２０－５０ｎｍ，纯度可达到９９．９９％。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发出波长范围420-451纳米蓝光的纳米(粒径小于100纳米)γ-Al2O3粉末的制备方法。由于纳米γ-Al2O3粉末具有如下性质及用途(1)吸收紫外线的特性，可用于荧光灯中以减少紫外线对人的伤害；(2)具有常规氧化铝粉末所不具备的发蓝光的特性，可用作需要蓝光或三基色的光源中作荧光粉，以便调色；(3)由于γ-Al2O3粉末的发光带中部分波长的光，可激发掺杂于纳米氧化铝中三价铕离子的发光，提高了铕离子的发光强度和亮度，可用于需要红光或三基色的光源中作荧光粉的原料；(4)纳米γ-Al2O3粉末具有极大的比表面积，表面原子化学键的不饱和性，形成大量悬键，具有极大的表面活性，可用作石油化工行业中某些化学反应和汽车发动机尾气净化器的催化或催化剂载体，以提高催化剂的选择性或转化率；(5)当纳米γ-Al2O3粉末的纯度大于99.99％时，由它制备的薄片陶瓷具有良好的透光性，故用于制作高压钠灯光管的原料；(6)当纳米γ-Al2O3粉末的粒径分布很窄时，可用作需要极高表面光洁度要求时的抛光粉；(7)以氧化铝为基的生物陶瓷具有良好的生物相容性，因此可用作生物骨骼的替代材料；(8)氧化铝陶瓷既有一定的强度，又能透过红外线和电磁波，因此可用作导弹和卫星整流罩的天线窗口材料；(9)由它制成的致密烧结体，可屏蔽射线，可用于核反应堆的屏蔽材料。常规氧化铝粉末不具备的发蓝光的特性，当其尺度达到纳米量级时，由于表面缺陷的大量产生，同时出现表面缺陷能级，能够发出蓝光，可用作需要蓝光或三基色的光源中作荧光粉，以便调色；另外，由于氧化铝陶瓷具有优良的热学、光学、电学和物理机械性能，还具有良好的生物相容性，因此它广泛用作耐热材料、导弹窗口和高压钠灯灯管材料、计算机集成电路基片、耐磨材料和生物陶瓷材料、石油化工中的催化剂载体和汽车发动机尾气净化载体材料。要实现氧化铝陶瓷的上述性质，对其原料氧化铝粉末有如下要求高纯(＞99.99％)、超细(d＜100nm)、球形、粒径分布较窄。例如，将氧化铝粉末用作磨料时，根据抛光速度和抛磨表面光洁度的要求，氧化铝粉末的粒度分布应尽可能窄，粒径也应尽可能小。用醇铝作为制备氧化铝粉末的原料，有以下几个方面的原因(1)醇铝的制备对原料铝要求不高，纯度＞98％即可，形状为片、屑等，而且设备可实现连续操作，使得制备过程相对简化。(2)易于用蒸馏、重结晶技术提纯到制备发蓝光的纳米γ-Al2O3粉末所需的纯度。这是其它方法无法与之相比的。(3)醇铝易溶于多数有机溶剂中，并且易于水解。(4)可回收制备过程中的所有副产物，使产品成本低，而且基本上无环境污染。(5)醇铝的合成及其水解生成的氢氧化铝等过程的温度不高。在以往众多的以醇铝为原料，经水解-煅烧制备氧化铝粉末的方法中，所得氧化铝粉术的平均粒径都在0.2μm以上，而且效率很低，不利于在工业上推广利用。难于制得超细粉末的原因在于醇铝用水或水蒸汽水解、缩合太快、而且容易团聚而不易控制粉末大小、粒度分布和形貌。本专利技术的目的是利用水蒸汽改善醇铝水解的动力学条件，利用醇铝极高的水解速率，使醇铝的水解，在反应的空间范围内，瞬时大量(或称为爆发性)成核，已成核微粒周围已无为其进一步生长的原料，因此能抑制成核微粒的生长，在整个反应体系中实现均匀成核，从而制得分散的氢氧化铝粉末，经煅烧，可制得分散的发蓝光的高纯纳米γ-Al2O3粉末，粉末粒径小于60纳米，其平均粒径分别为20-50nm，纯度可达到99.99％。纳米(粒径小于100纳米)γ-Al2O3粉末发蓝光的波长范围420-451纳米。本专利技术的目的可以通过以下措施来达到将精馏制得的醇铝溶解于非极性溶剂如正己烷、正辛烷、正庚烷及汽油中，醇铝的浓度为0.05-0.5mol/l。具体方法是水蒸汽和溶解在非极性溶剂或回收的非极性溶剂中的醇铝，经过雾化器雾化水解制备出超细氢氧化铝粉末，加入水蒸汽的压力为1.2-6.0大气压，就可以获得纳米氢氧化铝粉末。氢氧化铝粉末可直接在500-800℃煅烧，最佳煅烧温度范围为600-700℃，得到粉末的粒径小于60纳米，平均粒径分别为20-50nm的球形氧化铝粉末。在水解反应器的另一端设置冷阱以回收有机溶剂、醇和冷却过量的水蒸汽。对所得的氢氧化铝凝胶粉末，经煅烧制得发蓝光(波长范围420-450纳米)的纳米(粒径小于100纳米)γ-Al2O3荧光粉作为低碳醇，碳数以2-4为宜，具体地说，应为乙醇、异丙醇和仲丁醇。它们与铝屑反应合成醇铝的温度随醇的种类而异，在80-150℃之间变化，随着醇中碳数的增高，合成温度亦相应增加。尤其是异丙醇和仲丁醇更合适，纯度应为分析纯。作为非极性溶剂的正已烷、正辛烷、正庚烷、煤油及汽油，纯度应为分析纯，其中煤油和汽油最为合适。作为水解用的水蒸汽或醇水混合蒸汽，其蒸汽压亦在1.2大气压至6.0大气压之间，气压的具体数值随水解的雾化器的具体参数而定，水蒸汽加入量为理论量的1-4倍。在一般情况下，汽压的最佳范围为1.50至3.00大气压。在实施该法时，溶剂的回收是必要的，二次回收的非极性溶剂亦可循环利用，对降低成本极为有利，其回收简单易行。回收溶剂的干燥简单易行，可先加入适量的石灰，经澄清后，让溶剂再经过分子筛，含水量低于100ppm就可以循环利用。作为合成过程中释放的氢气，可用管道经升空后排空，对大气无污染。煅烧用的炉子，无特殊要求，常规的电炉、马弗炉或隧道窑等均可。本专利技术的优点如下本专利技术采用水蒸汽和溶解在非极性溶剂中的醇铝，经过雾化器雾化水解制备出超细氢氧化铝粉末，经煅烧可获得高纯、超细、分散球形的γ-Al2O3粉末，其平均粒径分别为20-50nm。在紫外线激发下发出的蓝光波长范围为420-451纳米。这种方法不仅可使溶剂循环利用、方法简单，而且产率较高，无污染，设备投资以及操作成本都不大，产品的成本亦相对较低，能为发光灯管、高压钠灯灯管、电子计算机基片、蓝(红)宝石、生物陶瓷、发动机尾气净化的催化剂以及石化工业催化剂载体等制造业所接受，这将对以上行业的发展具有重要意义。下面通过实施例进一步详细说明本专利技术方法，但本专利技术的方法不仅仅限定于实例中的内容。附图说明图1给出了纳米γ-Al2O3粉末的X射线的衍射谱图。图2纳米氢氧化铝(a)和纳米γ-Al2O3粉末(b,c,d)的透射电镜照片。图3为纳米γ-Al2O3粉末的激发光谱，发射波长为422纳米。图4为纳米γ-Al2O3粉末的发射光谱，激发波长为238nm。图5为纳米γ-Al2O3粉末的发射光谱，激发波长为275nm。例1在1升的反应容器中加入浓度为0.10mol/l乙醇铝的正己烷溶液300ml，向雾化器通入气压为1.50大气压的水蒸汽，控制水蒸汽流量及时间使加入量为理论量的1-2倍左右。乙醇铝的正己烷溶液在雾化器的喷嘴得以实现雾化，并与水蒸汽实现水解。在冷阱内回收正己烷、乙醇和冷凝水。所得氢氧化铝粉末粒径约为5-10纳米见图2(a)。在800℃煅烧1小时，可得分散的球形氧化铝粉末(如图2(b)所示)，平均粒径约为50nm，其X射线衍谱线(图1)表明其晶型为γ-Al2O3。这种粉末的纯度经光栅光谱测定了其中杂质合量，见表1。杂质总含量小于100ppm。这种粉末称重为1.50g，回收率为98.0％。所制备的纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发蓝光的高纯纳米γ－Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］粉末的制备方法，氢氧化铝粉末可直接在５００－８００℃温度下煅烧，得到超细、高纯、分散的球形氧化铝粉末，其特征是水蒸汽和溶解在非极性溶剂或回收的非极性溶剂中的醇铝，经过雾化器雾化水解制备出超细氢氧化铝粉末，加入水蒸汽的压力为１．２－６．０大气压。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余忠清，孙绍山，李邨，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]