纳米三氧化二铝粉体的制备与应用进展.doc

2011年6月北京化工大学北方学院课程设计（论文）JUN.2011

2011年6月北京化工大学北方学院JUN.2011
北京化工大学北方学院
NORTHCOLLEGEOFBEIJINGUNIVERSITYOF
CHEMICALTECHNOLOGY

2008级纳米材料课程论文

题目:纳米三氧化二铝的制备与运用进展
学院：理工学院专业：运用化学班级：
学号：姓名：
指点教师:

2011年6月6日
文献综述

前言

纳米材料通常为指在一维尺度小于100nm，并且具有常规材料和常规微细粉末材料所不具有的多种反常特性的一类材料。作为纳米材料的一种，Al2O3具有小尺寸效应、表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应一切特殊性质，所以具备特殊的光电特性、高磁阻景象、非线性电阻景象、在高温下仍具有的高强度、高韧、不变性好等奇异特性，从而使Al2O3近年来备受关注研讨并且在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等领域有广阔的运用前景[1]。
近年来从用途大体可以把氧化铝分为两类：第一类是用作电解铝生产的冶金氧化铝，随着氧化铝材料的广泛运用该类氧化铝占产量的大多数；第二类为非冶金氧化铝，主要包括非冶金用的氢氧化铝和氧化铝，也是通常所说的特种氧化铝，因其作用不同而与冶金氧化铝有较大的区别，主要表如今纯度、化学成分、形貌、形状等方面。由于粒径微小，纳米氧化铝可用来制造人造宝石、分析试剂和纳米级催化剂和载体，用于发光材料可较大的提高其发光强度，对陶瓷、橡胶增韧，要比普通氧化铝高出数倍，特别是提高陶瓷的致密性、光洁度、冷热疲劳等。纳米氧化铝已用于YGA激光器的主要部件和集成电路基板，并用在涂料中来提高耐磨性[2]。随着人们对本身健康的关注和环保认识的加强，绿色化学理念正在材料制备与运用领域备受关注[3]。

第一章纳米Al2O3的普通物理化学特性

Al2O3在地壳中含量非常丰富的一种氧化物。Al2O3有许多同质异晶体，根据研讨报道的变种有10多种，主要有3种：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3其中α-Al2O3是最不变的一种无色晶体粉末，具有比表面大、熔点高、热不变性极好、硬度高、吸水率极好、电绝缘功能好和耐酸碱腐蚀等许多优点，所以此类粉体广泛运用于各种氧化铝陶瓷的制备[4]；
γ-Al2O3是在400℃到800℃内由水合氧化铝脱水构成，不溶于水，能溶于酸或碱，强热至1273K，经必然保温时间能转变为α-Al2O3[2]；热处理工艺参数对三氧化铝粒子颗粒特性的影响由强到弱：煅烧温度、水合氧化铝在300℃分解温度点的保温时间、在煅烧温度点的保温时间；通过控制其热处理工艺参数，可获得尺寸范围大小均匀、分散性好的球形γ-Al2O3[5]；γ-Al2O3具有强的吸附能力和催化活性，所以其普通又叫活性氧化铝，它属于立方面心紧密堆积构型，四角晶系，与尖晶石结构十分类似。在许多化学反应中被用做吸附剂、催化剂和催化剂载体，如石油的氢化裂化、氢化脱硫及脱氢催化剂的载体等，因而γ-Al2O3在催化领域有着更广泛的运用[2]。

第二章纳米Al2O3的制备方法

纳米粉体由于晶粒尺寸小、表面积大,在磁性、催化性、光吸收、熔点等方面与常规材料比显示出奇特的功能；要使纳米粉体具有良好的功能，制备方法的选择和制备工艺的控制是关键[6]。高纯度纳米氧化铝粉体的制备方法有很多普通大致将它分为固相法、气相法、液相法等。各种方法有其优点，但也存在一些不足因而普通根据实际产品要求来选择相应的制备方法[1]。
2.1固相法[7]
固相法主要是将铝或铝盐研磨煅烧，发生固相反应后直接得到纳米氧化铝的方法。该法可分为：机械粉碎法、固相反应法；机械粉碎法是用各种超细粉碎机将原料直接粉碎成超细粉。常见的超细粉碎机有：球磨机、行星磨、塔式粉碎机和气流磨粉碎机等；运用较多的是球磨机，但该法很难使粒径达到100nm以下。固相法制备超细粉比较简单，但是生成的粉体容易产生团聚并且粉末粒度不易控制。固相反应法又可大致化学溶解法、非晶晶化法、燃烧法；
2.1.1化学溶解法
化学溶解法主要包括碳酸铝铵热解法、喷雾热解法、铵明矾热解法三种；铵明矾热解法是通过用硫酸铝铵与硫酸铵反应制得明矾，再根据产品纯度要求再多次重结晶精制，最初将精制的铵明矾加热分解成Al2O3,其反应过程为[8]:
2Al(OH)3+3H2SO4→Al2(SO4)3+6H2O
Al2(SO4)3+(NH4)2SO4+24H2O→2NH4Al(SO4)2·12H2O
2NH4Al(SO4)2·12H2O→Al2O3+2NH3+4SO3+13H2O
煅烧过程收集的炉气可制成硫酸铵循环使用。该方法工艺简单，但由于生产周期长，难于运用于实际规模化生产。对铵