使用氯化铝制备氧化铝粉体

尚吉光,孙国新

(济南大学 化学化工学院，山东 济南 250022)

使用氯化铝制备氧化铝粉体

尚吉光,孙国新*

(济南大学 化学化工学院，山东 济南 250022)

以氯化铝溶液和碳酸铵为原料，采用碳酸铝铵热解法制备氧化铝粉体，探究了不同合成条件对碳酸铝铵前驱体晶型的影响，得到粒径10nm左右的α-Al2O3颗粒。在1100℃的焙烧温度下可得到有一定透光性α-Al2O3。

碳酸铝铵热解法；氧化铝；粉体；氯化铝

氧化铝热稳定性高、力学性能优良，作为原料应用于医学人造骨骼、电子器件半导体、机械研磨材料、激光材料、透明陶瓷材料等要求高的领域[1-2]。

根据《2013-2017年中国氧化铝行业产销需求与投资预测报告》的数据显示，目前中国是全世界最大的氧化铝生产国，氧化铝的需求仍在增长[3]。然而我国以生产工业氧化铝为主，粒径太大或粒径分布不均匀，氧化铝的粒度很难达到高尖行业的要求。国外技术相对成熟，且大规模生产[4]。

本文采用环保的碳酸铝铵法，使用无硫的氯化铝[10]和碳酸铵为原料合成纳米级的氧化铝粉体。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

XRD(BRUKER, D8)，TEM(日本电子株式会社，JEM-1400)。

将工业氯化铝升华提纯得氯化铝；工业碳酸铵升华提纯处理。

1.2 氯化铝浓度、碳酸铵浓度、滴加速度对氧化铝形貌影响

实验按0.1，0.2，0.3mol/L的氯化铝溶液375mL和1.0，2.0，3.0mol/L的碳酸铵溶液104mL进行滴加控制合成前驱体，将氯化铝溶液逐滴滴加到剧烈搅拌的碳酸铵溶液中，具体实验条件如表1所示。0.3mol/L氯化铝与1.0mol/L的碳酸铵滴加反应，无沉淀生成。

表1 不同条件下合成前驱体。

图1 a.不同条件合成的氧化铝850℃焙烧的XRD图; b.850℃焙烧氧化铝的TEM图

由表1和图1(a)可以看出，不同条件下合成的氧化铝的XRD图谱显示，氧化铝是θ-Al2O3，晶型和粒径非常接近。

根据Scherrer公式L=Kλ/(βcosθ)[7]计算得粒径约为18nm，软件模拟计算粒径不到10nm。由图1(b)的TEM图像可以看出，有粒径10nm左右的颗粒被合成出来，也有粒径较大的颗粒，颗粒之间存在团聚现象。

综上所述，并使铝盐充分反应，选择0.2mol/L的氯化铝溶液375mL和2.0mol/L的碳酸铵溶液104mL进行滴加控制合成前驱体。

1.3 焙烧温度影响

图2中，200℃烘干的前驱体的XRD谱图与碳酸铝铵的特征峰吻合，证明合成的前驱体是碳酸铝铵结构。400℃到650℃有γ-Al2O3特征峰，850℃条件下存在明显的θ-Al2O3特征峰，950℃出现α-Al2O3，650℃到950℃各阶段多种晶格的氧化铝同时存在。

a. 200℃烘干的前驱体；b. 前驱体焙烧到400℃； c. 650℃；d. 850℃；e. 950℃；f.1000℃图2 前驱体在不同温度下焙烧的XRD图

图3 前驱体在1100℃下焙烧的XRD图(左):a反应加入PEG2000和某种有机物,

b反应未加任何添加剂; 1100℃下焙烧得到氧化铝的TEM图(右)

不加任何添加剂在1100℃条件下焙烧得到的不是α-Al2O3；而加入适量PEG2000和某种有机物后，在1100℃条件下焙烧得到的氧化铝的XRD谱图显示是α-Al2O3，晶格单一，结晶度高。α-Al2O3的烧结温度低于肖劲[7]和唐召杰[11]报道的烧结温度。

通过XRD软件模拟计算，显示1100℃焙烧的氧化铝粒径比较大。图3(b)的TEM图像显示，氧化铝颗粒粒径在500nm左右，粒径小于万烨报道的粒径[9]，而且有一定透光性，形貌与报道的醇铝盐水解法合成的氧化铝相似[1，8]。颗粒之间有轻微的团聚现象。

2 结论

本文采用比较环保的碳酸铝铵热解法制备氧化铝颗粒。探究了不同氯化铝溶液浓度、不同碳酸铵溶液浓度、不同滴加速度对碳酸铝铵前驱体晶型的影响，XRD结果显示并无明显差别。合成产物中存在粒径10nm左右的非α-Al2O3颗粒。α-Al2O3的焙烧温度比较低，在1100℃条件下得到的氧化铝晶格单一，结晶度高，有一定透光性。合成前驱体过量的碳酸铵滤液可加工重复使用。

[1] 简 双. LED用高纯氧化铝粉体的细化与烧结工艺的研究论文[D].上海:东华大学,2014.

[2] Wang Zhen,We Yongmingi, Xu ZhenlLiang,et al. Preparation, characterization and solvent resistance of γ-Al2O3/α-Al2O3inorganic hollow fiber nanofiltration membrane[J]. Journal of Membrane Science, 2016,503:69-80.

[3] 王 彧. 高纯氧化铝市场现状分析及发展方向[J].中国高新技术企业,2016(17):138-139.

[4] 权 艳,蒋明学. 高纯超细α-Al2O3纳米粉的研究进展[J].工业炉,2008,30(3):22-26.

[5] 马驰聘,周学奎,朱 屯. 不同纯度微细氧化铝粉联合生产的绿色新工艺[J].化工冶金,1999,20(4):420-422.

[6] 唐海红,赵志英,焦淑红. 高纯超细氧化铝的制备[J]. 有色金属(冶炼部分),2003(3):42-43.

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(本文文献格式：尚吉光,孙国新.使用氯化铝制备氧化铝粉体[J].山东化工，2017，46(10)：50-51,54.)

Preparation of Alumina Powder by Using Aluminum Chloride

ShangJiguang,SunGuoxin

(School of Chemistry and Chemical Engineering, University of Jinan, Ji'nan 250022, China)

Aluminium chloride and ammonium carbonate were used as raw materials for preparation of alumina powder by using ammonium aluminum carbonate pyrolysis. The effects of different conditions on the synthesis of ammonium aluminium carbonate precursor were studied.Non α-Al2O3particles were synthesized, whose particle size is about 10nm. A certain transparency α-Al2O3can be obtained at 1100℃ roasting temperature.

ammonium aluminum carbonate pyrolysis;alumina;powder;aluminum chloride

2017-03-26

尚吉光(1991—)，山东禹城人，硕士研究生；通信联系人：孙国新，教授，博士生和研究生导师，研究方向：萃取分离化学与工艺研究，功能材料。

TB44

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1008-021X(2017)10-0050-02