[发明专利]淀粉凝胶-均匀沉淀耦合法制备催化用纳米Al2O3的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料制备方法，具体涉及一种批量制备催化用的窄尺寸分布的纳米Al₂O₃的方法。

背景技术

纳米材料作为催化剂或者催化剂载体已经得到广泛认可(Serp P，Corrias M，Kalck P.Applied Catalysis A：General，2003，253(2)：337-358)。由于Al₂O₃具有较强的机械强度和良好的热稳定性等优异性能，Al₂O₃作为催化剂载体，广泛应用于油化工行业，可以用于重整、异构化、加氢、脱氢、脱硫、脱硝等过程。Al₂O₃如果制备成纳米粉体，则可以大幅度增加比表面积，而且颗粒表面有丰富的失配键和欠氧键，以此制成的催化剂及催化剂载体的性能比常规的Al₂O₃产品性能要优越(H.S.Potdar，Ki-Won Jun，Jong Wook Bae.et.al.Applied Catalysis A：General，2007，321(2)：109-116)。通常，工业上使用的催化剂的都是大批量的、质量稳定的，因此要求制备纳米氧化铝的方法可以大批量生产、尺度可控的，同时成本也不能太高。

有文献报道了多种制备氧化铝纳米粉末的方法。液相法是目前广泛采用的制备纳米材料的方法。常用的液相法包括微乳液法、沉淀法和溶胶-凝胶法等。

微乳液是指两种互不相溶的液体在表面活性剂作用下形成热力学亚稳、各向同性、外观透明或半透明、粒径为纳米级尺寸的分散体系。在微乳体系一般由有机溶剂、水溶液、活性剂、表面活性剂四种组分组成。微乳液中的水核可以看作微型反应器，可以在这些水核中发生反应产生微粒，然后经洗涤、干燥、锻烧得到纳米氧化铝粒子。但是微乳液通常需要各种有机试剂如：非极性溶剂、表面活性剂、助表面活性剂等。微乳液法制备纳米颗粒需要大量的油相包裹水相形成水核，单位体积能生成的纳米材料比较低，所需要成本也较高，另外有机试剂的挥发也会恶化工作环境。

沉淀法是在原料溶液中添加适当的沉淀剂，使得料液中的阳离子形成沉淀物，再经过过滤、洗涤、干燥、锻烧等工艺得到所要的产物。该方法通过控制离子的沉淀过程来控制颗粒大小，具体可分为直接沉淀法、均匀沉淀法和水解沉淀法等。在沉淀法中，为避免直接添加沉淀剂产生的局部不均匀，可在溶液中加入某种物质，并通过溶液中的化学反应，缓慢地产生沉淀剂。控制好沉淀剂生成速率，就可避免浓度不均匀现象，使之过饱和度控制在适当的范围内，从而控制沉淀物粒子的生长速度，获得凝聚少、纯度高的超微粉，这就是均匀沉淀法。但是由于工艺过程中包括沉淀反应、晶粒生长到湿粉体干燥、锻烧等环节，都可以导致颗粒的长大和团聚的形成。所获得的颗粒一般有团聚，颗粒分布比较宽广，必须采取一定措施改善。通常沉淀法需要稀溶液才能制备分散较好的纳米颗粒，如果使用高浓度的铝盐，则会产生严重团聚，达不到所需指标。沉淀法是目前广泛被采用的方法，例如，中国专利CN101186325A公开了一种制备纳米氧化铝粉的方法。该法采用喷雾加料铝盐和碳酸氢铵沉淀反应，加入聚乙二醇为分散剂，经过过滤、水洗、无水乙醇洗涤、微波干燥、煅烧后最终得到纳米氧化铝粉末。当使用Al₂(SO₄)₃浓度为0.2mol/L时，可以得到30-70nm粒径的纳米氧化铝。

溶胶-凝胶法(Sol-Gel)利用铝盐(如异丙醇铝)的水解和聚合反应制备氧化铝水合物的均匀溶胶后，再浓缩成透明凝胶，经过干燥和焙烧即可得氧化铝的超细粉(Wrzyszcz J.，Mista W.，Hreniak D.，et al.Journal of Alloys and Compounds[J].2002，341(1-2)：358-361.)。

通常，有机铝盐水解生成Al(OH)₄^-

Al(OCH₂CH₃)₃+H₂O＝＝＝Al(OH)₄^-+3CH₃CH₂⁺