[发明专利]单分散性铝溶胶的制备方法

说明书

本发明是一种用Al₂O₃·H₂O制备单分散性铝溶胶的方法。

在膜催化反应过程中，由于它是将催化反应和膜分离技术结合在一起，可以提高可逆反应的平衡转化率和节约分离能量；提高平行串联反应目的产物的选择性；故在近年来得到了迅速发展。在逆渗透、超过滤、精密过滤、透析、渗透气化、气体分离、液体分离等方面得到了广泛应用。例如在医疗及生物技术方面，已成为分离的重要手段、在化工方面的废水处理、乙醇水溶液的浓缩、合成氨厂或炼厂尾气中回收氢、天然气中除去CO₂及H₂S、空气中氧的富集和氮的浓缩等。

组成膜催化剂的膜一般有无机陶瓷膜和有机膜两种。无机膜具有卓越的耐热性、高度的化学稳定性、耐腐蚀性、较好的机械强度、良好的耐溶剂性能，膜的孔径可以精密控制等优良性能。有机膜的最大缺点是不耐高温，故在需高温条件下进行的化学反应中，广泛应用了无机陶瓷膜。

无机陶瓷膜大多采用溶胶一凝胶法制备。制备溶胶的主要原料以往都是用醇铝。在文献US3941719和US3944658中，介绍了溶胶—凝胶法(Sol-gel)，它涉及水解和缩聚两个反应，首先醇铝在酸性条件下水解；其反应如下：然后在酸性条件下进行缩聚反应，反应如下：

醇铝通过上述反应，在酸的胶解作用下形成了细粒径单分散性铝溶胶。这样的制备方法由于醇铝需用醇类、低级烯烃、铝、氢为原料制得，使制备成本较高，另外制备方法也比较复杂，影响了工业上广泛地推广应用。为克服用醇铝制备溶胶的缺点，我们发明了单分散性铝溶胶新的制备方法。

本发明是采用Al₂O₃·H₂O作原料制备单分散性铝溶胶的方法，其过程为首先将Al₂O₃·H₂O粉末加入到预热至80～90℃的蒸馏水中，使铝∶水比为1∶100～200(摩尔比)，搅拌均匀，然后再向蒸馏水中加入有机酸或无机酸或无机酸与强酸性阳离子交换树脂的混合物，其中有机酸为甲酸或乙酸，优选方案为乙酸；无机酸为硝酸或盐酸或高氯酸，优选方案为硝酸或高氯酸；强酸性阳离子交换树脂为苯乙烯交联型阳离子交换树脂[树脂的固含量为51.32％，重量交换当量为4.56MN/克(干基)]，其酸的加入量为使配料中的氢离子∶铝比为1∶1～10.0(摩尔比)，然后该悬浮液升温至85～99℃；保持回流下进行老化8～80小时，得到透明或半透明单分散性的铝溶胶，经激光散射粒度仪测定，其结果为平均粒径＜150纳米，粒径分布范围10～350纳米。

本发明由于采用工业生产的Al₂O₃·H₂O为原料,使制备单分散性铝溶胶的原料成本大大降低，另外制备过程也较简单，克服了用醇铝为原料的缺点。醇铝法的溶胶浓度超过1.0molAl/l，在自然存放下即易成凝胶，用该法可制得较高浓度且稳定的铝溶胶。这为该法制备的单分散铝溶胶后制得的无机陶瓷膜能在工业上得到广泛应用创造了条件。

实施例1

将蒸馏水400毫升预热至80℃，加入9克Al₂O₃·H₂O粉末，搅拌半小时；待Al₂O₃·H₂O粉末在蒸馏水中分散均匀后，向该蒸馏水中加入2M HClO₄ 10毫升，接着再加入苯乙烯交联型阳离子交换树脂20克，使之配成悬浮液，将该悬浮液升温至85℃，进行回流老化20小时，然后滤掉树脂及少量沉积物，获得外观较透明的单分散性铝溶胶。该单分散性铝溶胶经激光散射仪测定；胶粒平均粒径83纳米，粒径分布为40～140纳米。

实施例2

将蒸馏水340毫升预热至85℃，加入10克Al₂O₃·H₂O粉末，搅拌半小时；待Al₂O₃·H₂O粉末在蒸馏水中分散均匀后，向该蒸馏水中加入2M HNO₃ 30毫升，使之配成悬浮液，将该悬浮液升温至90℃，进行回流老化20小时，然后滤掉少量沉积物，获得外观较透明的单分散性铝溶胶，该单分散性铝溶胶经激光散射仪测定，胶粒平均粒径52纳米，粒径分布范围25～90纳米。

实施例3