[发明专利]一种高纯度锌铝尖晶石及其制备方法

说明书

本发明涉及锌铝尖晶石制备领域，更具体地，涉及一种高纯度锌铝尖晶石及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：S1按配比分别配制偏铝酸钠水溶液和锌盐水溶液；S2将步骤S1制得的所述偏铝酸钠水溶液和锌盐水溶液缓慢并流滴定，并控制混合溶液的pH，滴定结束后使混合溶液静止老化；S3将步骤S2静止老化后的混合溶液抽滤、洗涤并干燥，得锌铝尖晶石前驱体；S4将步骤S4制得的锌铝尖晶石前驱体升至高温并在高温下焙烧，得所述高纯度锌铝尖晶石；在步骤S2中，所述偏铝酸钠和锌盐的摩尔比为0.5～3。本发明的制备方法降低了锌铝比，且未引入额外沉淀剂，提高了制备的锌铝尖晶石纯度、分散度和比表面积。

技术领域

本发明涉及锌铝尖晶石制备领域，更具体地，涉及一种高纯度锌铝尖晶石及其制备方法。

背景技术

锌铝尖晶石(ZnAl₂O₄)是AB₂O₄化学式中典型的尖晶石型三元氧化物半导体，锌离子在四面体平面(A位)，铝离子在八面体平面(B位)，一直以来被认为是一种具有多种潜在应用前景的功能材料，得益于ZnAl₂O₄具有热稳定性高、耐酸碱性好、机械强度高、酸性低、比表面积大宽带隙能量(～3.8eV)等特点，可用作紫外区激活的光电子器件，比如传感器和介质材料，陶瓷材料，电子和光电器件，催化剂和过渡金属的催化剂载体，作为催化剂或催化载体锌铝尖晶石非常高的表面能和晶界能，可以抑制晶粒生长，增强金属载体强相互作用(SMSI)，提高活性组分的分散性，增加催化剂的热稳定性，提升催化效率的功能，被广泛用于二氧化碳制甲醇反应、高温水汽变换反应(HT-WGS)、羰基化反应、丙烷氧化反应、重整制氢反应、费托合成、碳氢化合物催化燃烧、低碳烷烃脱氢制取烯烃、光催化降解有机污染物以及汽柴油的脱硫。

锌铝尖晶石的制备方法主要有固相反应法、共沉淀法、溶胶凝胶法、水热合成法等。然而，固相反应法对反应温度要求高，产物纯度低、均匀性差、比表面积小；溶胶凝胶法需要使用昂贵的金属醇盐，过高的成本限制了推广使用，制得的锌铝尖晶石抗烧结性差；水热合成法对反应设备要求苛刻，操作要求高，难于推广至大规模生产，制得的锌铝尖晶石晶粒大，分散性差。共沉淀法与上述方法相比，其操作简单，对设备、技术要求不高，产物纯度高、成本低，更适宜大规模工业生产。传统的共沉淀法为将锌盐、铝盐混合的混合盐溶液，然后与碳酸钠或氢氧化钠同时或先后滴加至去离子水中，沉淀得到锌铝类水滑石层状双氢氧化物(Zn-Al-LDH)，再通过高温焙烧得到锌铝尖晶石。这种方法需要较高的锌铝比，一般为按摩尔比1Zn²⁺/Al³⁺4，但是由于锌铝摩尔比远高于化学计量比，则会出现如氧化锌、氧化铝等氧化物杂质，锌铝尖晶石纯度低，需要进行进一步酸碱处理才能得到纯相锌铝尖晶石，用作催化剂制备其他产物时，氧化铝杂质的酸性位往往可能会导致副反应的发生。

目前，也有一些现有技术改进了传统共沉淀法，降低了锌铝摩尔比，然而，这些方法依然和传统共沉淀法一样，需要引入碳酸盐(如碳酸钠)、尿素等作为沉淀剂，生成的锌铝尖晶石前驱体为片层间含有碳酸根的双氢氧化物(LDH-CO3)，这种碳酸盐杂质在一些化工产品的制备过程中(如聚合物添加剂)是有害的，需要尽可能控制减少，而且碳酸盐杂质在焙烧过程中会放出二氧化碳，增加碳排放。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种高纯度锌铝尖晶石及其制备方法，降低了锌铝比，且未引入额外沉淀剂，提高了制备的锌铝尖晶石纯度、分散度和比表面积。

本发明采取的技术方案是，提供一种高纯度锌铝尖晶石的制备方法，包括如下步骤：

S1按配比分别配制偏铝酸钠水溶液和锌盐水溶液；

S2将步骤S1制得的所述偏铝酸钠水溶液和锌盐水溶液缓慢并流滴定，并控制混合溶液的pH，滴定结束后将混合溶液静止老化；

S3将步骤S2静止老化后的混合溶液抽滤、洗涤并干燥，得锌铝尖晶石前驱体；