一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法，AlCl3溶液的浓度为0.7mol·L-1，分散剂的摩尔浓度比例为Al3+：分散剂=250：1，加入溶剂之后搅拌，炉温580℃，以廉价的AlCl3和正丁醇代替价格较贵的醇铝为原料，通过添加表面活性剂控制Al3+的水解速率和颗粒的大小，采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法有效地消除了前驱体氢氧化铝凝胶的硬团聚，制得的纳米γ-Al2O3比表面积高、颗粒分布均匀，颗粒尺寸在30nm至70nm之间。将制备的纳米γ-Al2O3加入聚合氯化铝中，充分混合后，制得纳米改性聚合氯化铝。可以有效提升聚合氯化铝的废水混凝沉降效果。

【技术实现步骤摘要】
一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法及其应用
本专利技术涉及材料化学制备的
，特别涉及纳米γ-Al2O3的制备方法，尤其是一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法及其应用。
技术介绍
随着我国工农业生产的迅速发展和城镇化进程的加快，大量生产性和生活污水产量剧增。特别是，由于追求经济利益以及技术条件的限制，许多污水未经处理就直接排入环境中，导致越来越多的水体受到污染，引发了一系列的社会和环境问题。因此，新型高效水处理药剂始终是水处理环保产业
中重点发展的基础产业，也是水工业与水污染治理工程技术创新发展的基础产业。絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效果的一种既方便又经济的水处理技术，其中的关键问题是絮凝剂的选择。根据组成的不同，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐。铝盐主要有硫酸铝、明矾、铝酸钠等。铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。但无机絮凝剂的分子量不够高，聚集体的吸附架桥能力不够强，尤其是对胶体物质的吸附架桥能力比有机高分子差许多，并且存在投药量较多、产生的污泥量较大、后处理困难等缺点。并且，低分子无机盐腐蚀性强，脱色、除浊的效果不理想，药剂投加量大，残留量也大，已逐渐被无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂所取代。有机高分子絮凝剂主要包括人工合成类和天然聚合物改性类两种。与无机高分子絮凝剂比，有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快，受共存盐类、pH值影响小，生成污泥少、且易处理等优点，但它存在有毒性和价格昂贵的问题。严格说来，微生物絮凝剂也属于天然高分子有机物，是人们近年来利用生物技术开发出的一类由微生物在特定培养条件下生长代谢至一定阶段产生的具有絮凝活性的产物。它是利用生物技术，通过微生物发酵提取、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂。至今发现具有絮凝性的微生物已超过17种，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母菌等，但絮凝剂产生菌的培养条件、萃取、纯化复杂，工业化生产难度大。如何找到一种高效、经济的水处理方法是水处理领域亟待解决的问题之一。纳米材料是一类应用前景广阔的新型材料，被认为是21世纪的新材料。它的发展，为解决水污染问题提供了一种可能的途径。纳米微粒的尺寸范围在1nm-100nm之间，由于其尺寸小，比表面大，表现出独特的小尺寸效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等，使其物理、化学性质也相应发生了巨大的变化并出现许多“反常现象”：优良的力学性能、特殊的磁性能、高的导电率和扩散率，高的反应活性、吸附性和催化性能等，引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。因此作为21世纪具有发展前途的功能材料和结构材料之一的纳米氧化铝粉体也一直是近年来纳米材料研究领域的热点。γ-Al2O3属立方晶系，尖晶石结构，其中氧原子呈面心立方堆积，铝原子填充在空隙中。自80年代中期Gleiter等制得纳米级Al2O3粉末以来，人们对这一高新材料的认识不断加深并发现其中有许多特性，如高强度、高硬度、抗腐蚀、耐高温、抗氧化性等特性，被广泛用于传统产业(轻工、化工、建材等)以及新材料、微电子、宇航工业等高科技领域，应用前景十分广阔。且由于其比表面积大，颗粒表面有丰富的失配键和欠氧键，表面性活性高，吸附能力强，又被广泛用作吸附剂，它对无机物、有机物及重金属离子都有很好的吸附作用，可用于废水的净化处理，痕量金属的富集和回收。纳米技术虽然在环境保护中的应用研究起步较晚。但发展迅速，前景广阔，呈现出欣欣向荣的景象。目前，国内外已经有不少关于纳米材料用于污水处理、杀菌消毒、净化空气、控制噪声等报道。到目前为止，人们已经发现了很多种制备各类纳米粒子的方法。但目前尚无确切的科学分类标准。按照物质的原始状态分类，相应的制备方法大致可分为：气相法、固相法、液相化学反应法等。气相法是直接利用气体或者通过等离子体、激光蒸发、电子束加热、电弧加热等方式将物质变成气体，使之在气体状态下发生物理或化学反应，最后在冷却过程中凝聚长大形成超细粉。其反应条件易控制、产物易精制，只要控制反应气体和气体的稀薄程度就可得到少团聚或不团聚的纳米粉，颗粒分散性好、粒径小、分布窄，但此法成本高、产出率低，难以实现工业化生产。固相法是将铝盐或氧化铝经过研磨后进行煅烧，通过发生固相反应直接制得超细微氧化铝粉，所得粒径为20至60nm的α-Al2O3或4至20nm的γ-Al2O3。此法可分为热解法、燃烧法和非晶晶化法，其中铝粉燃烧法是最经典的方法，但设备复杂，且具危险性，粉末收集也有难度，应用前景不大。液相法的方法有很多种，其中溶胶-凝胶法因操作简单、工艺流程短、生产成本相对较低，各组分含量可精确控制，并可实现分子/原子水平上的均匀混合，制得粒度分布窄、活性高、形状为球形的纳米Al2O3颗粒，而成为目前制备纳米Al2O3的主流方法，但这种方法所用原料醇铝的价格高，溶胶的凝胶化较难控制，各种工艺条件影响复杂，易团聚，给操作带来很大的难度。为获得理想的纳米球形粉末，许多学者想尽各种办法来控制水解条件，其中干燥是液相法中一个关键的步骤，从溶胶制备、陈化到干燥、煅烧的每一阶段均可能导致颗粒长大或团聚，其中干燥工艺条件对粉体的性能有显著影响。近几年来，有人利用冷冻干燥法、加压干燥法和超临界干燥技术减少和防止颗粒干燥过程中的团聚，但工艺和设备较为复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对溶胶-凝胶法制备的纳米粉体易团聚的缺点，提供一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法及其应用，以廉价的AlCl3和正丁醇代替价格较贵的醇铝为原料，通过添加表面活性剂控制Al3+的水解速率和颗粒的大小，此法有效地消除了前驱体氢氧化铝凝胶的硬团聚，制得的纳米γ-Al2O3比表面积高、颗粒分布均匀，颗粒尺寸在30nm至70nm之间。用纳米γ-Al2O3改性聚合氯化铝，能有效提升聚合氯化铝的混凝沉降效果。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一、取浓度为0.6mol·L-1至0.8mol·L-1的AlCl3溶液30mL，按摩尔比Al3+：分散剂为250：1的用量加入分散剂，将混合液采用超声波振荡分散均匀；步骤二、分散结束后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在7至9之间，并将混合液在微波化学反应器中发生均相沉淀反应；步骤三、将沉淀物离心分离并洗涤；步骤四、将沉淀物陈化一定时间，然后将其放入50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点蒸馏，得到淡黄色凝胶前驱物；步骤五、在60℃下对淡黄色凝胶前驱物真空干燥2小时，再将其研磨后灼烧2小时，得白色的纳米γ-Al2O3。采取的优化措施还包括：上述的步骤一中AlCl3溶液浓度为0.7mol·L-1上述的分散剂为聚乙烯醇或聚乙二醇或丙烯酸或淀粉衍生物。上述的步骤二中混合液的pH值为8。上述的步骤三中将沉淀物离心分离的速度为4000r·min-1。上述的步骤四中溶剂置换的共沸点为92℃。上述的步骤五中淡黄色凝胶前驱物的灼烧温度为580℃。上述的步骤三和步骤四之间还设有Cl-检测步骤：用0.1mol·L-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ?Al2O3的方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一、取浓度为0.6mol·L?1至0.8mol·L?1AlCl3溶液30mL，按摩尔比Al3+：分散剂为250：1的用量，加入分散剂，将混合液采用超声波振荡分散均匀，步骤二、分散结束后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在7至9之间，并将混合液在微波化学反应器中发生均相沉淀反应；步骤三、将沉淀物离心分离并洗涤；步骤四、将沉淀物陈化一定时间，然后将其放入50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点蒸馏，得到淡黄色凝胶前驱物；步骤五、在60℃下对淡黄色凝胶前驱物真空干燥2小时，再将其研磨后灼烧2小时，得白色的纳米γ?Al2O3。

【技术特征摘要】
1.一种采用溶剂置换/共沸点蒸馏干燥法合成纳米γ-Al2O3的应用，其特征是：所述的纳米γ-Al2O3合成包括取浓度为0.7mol·L-1AlCl3溶液30mL，按摩尔比Al3+:分散剂为250:1的用量，加入分散剂聚乙二醇，将混合液采用超声波振荡分散均匀，分散结束后迅速加入1:1氨水15.5mL，控制pH值在8.0；并将混合液在微波化学反应器中发生均相沉淀反应，将沉淀物在离心分离速度4000r·min-1下离心分离并洗涤，用0.1mol·L-1的AgNO3溶液检验洗涤后的沉淀物，直至检验不到Cl-存在，再将沉淀物陈化；沉淀物陈化一定时间，然后将其放入50mL的正丁醇中超声分散均匀，在常压下进行溶剂置换共沸点蒸馏，共沸点为92℃，蒸馏时间大于40mi...

【专利技术属性】
技术研发人员：王趁义，
申请(专利权)人：浙江万里学院，
类型：发明
国别省市：