分散剂用量对α-Al(OH)3合成的影响

杨 聪，贺必新



分散剂用量对α-Al(OH)3合成的影响

杨 聪，贺必新

(武汉船用电力推进装置研究所，武汉 430064）

以Al(NO3)3及NH3·H2O为原料，采用化学沉淀法在不同PEG分散剂用量的情况下制备α-Al(OH)3纳米颗粒，并通过FSEM与BET 的表征方法对样品进行了表征。结果表明，随着PEG分散剂用量的增大，合成得到的α-Al(OH)3纳米粉体的粒径先减小后增大，原料硝酸铝溶液的浓度为0.1 mol/L，当PEG分散剂用量为0.5 g时，制备得到的α-Al(OH)3颗粒粉体的平均粒径达最小约为100 nm，此时的团聚现象也较少。

α-Al(OH)3PEG分散剂 形貌与粒径

0 引言

α-Al(OH)3又称拜耳石，是三水铝石（γ-Al(OH)3）的同质异相，拜耳石是单斜晶系，由八面体层状Al(OH)6以AB-BA的形式堆积而成，接近于六面体紧密堆积。在催化剂领域，拜耳石因其特殊结构有着广泛地用途，同时也是合成氧化铝陶瓷材料的重要前驱体[1-2]。氢氧化铝的制备方法有微乳液法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法、有机铝热解法、铝酸盐分解法等[3-7]，化学沉淀法简单易行，粒子纯度高、粒度小、组成精确可控，成本低、易于工业化，是制备α-Al(OH)3的重要方法。化学沉淀法制备一般是向铝盐溶液中滴加碱性溶液沉淀得到，过程中会加入一定量的分散剂来抑制初始阶段形成的纳米颗粒之间的团聚。

分散剂可以分为离子型和非离子型两大类，凡是在水中不能解离成离子的称为非离子型表面活性剂，相反在水中能够解离成离子的则称为离子型表面活性剂。本文中采用非离子型分散剂PEG，PEG属于高分子聚合物，在溶液中添加适量的PEG，其会吸附在固体纳米颗粒表面，形成一层长链大分子保护层，颗粒与颗粒之间的空间位阻增大[8]，来阻止纳米颗粒在水溶液中的团聚。但是如果PEG的添加量过多或者过少，都不会达到很好的分散效果，分散剂的用量则是决定分散剂分散效果的重要因素。

本文以硝酸铝溶液和氨水溶液为原料，通过化学沉淀法制备α-Al(OH)3纳米粉体，并探究PEG用量对α-Al(OH)3纳米粉体粒径和分散性的影响。

1 实验方法

1.1 α-Al(OH)3的合成方法

称取37.5gAl(NO3)3·9H2O配制成0.1mol/L的硝酸铝溶液1 L，再称取一定质量的聚乙二醇（PEG400和PEG1000的混合物）的加入到硝酸铝溶液中，机械搅拌10 min，以使PEG完全溶解在硝酸铝溶液中。配制浓度约为3 mol/L的氨水溶液，边搅拌边以一定的速度将配制好的氨水溶液滴入到上述混合溶液中，直至溶液PH=9。继续搅拌12 h，停止搅拌后陈化12 h，最后将溶液过滤、干燥、研磨，得到α-Al(OH)3粉体。

1.2 实验表征

使用Nova NanoSEM 450型场发射扫描电子显微镜分析α-Al(OH)3样品的形貌和尺寸，因制备得到的样品导电性能差，故预先对样品表面进行了喷Pt处理。采用ASAP 2420型比表面分析仪测试α-Al(OH)3样品的比表面积，并通过如下公式（1）计算粉体材料的平均粒子直径。

其中：为样品的真密度，g/cm3；为粒子直径，nm；s为比表面积，m2/g。

2 实验结果与讨论

2.1 分散剂用量对拜耳石形貌的影响

图1(1)是分散剂（PEG400+PEG1000）用量为0.2 g时制备得到的α-Al(OH)3SEM照片。从图1中可以看出，在分散剂用量使用较少时，制备得到的氢氧化铝颗粒呈不规则形状，有少量团聚，使用nano measurer分析软件粗略分析得粒径主要分布在50～440 nm之间，平均粒径140 nm。

注：1)PEG的用量为0.2 g，放大倍率为20000；2)PEG的用量为0.5 g，放大倍率为20000；3)PEG的用量为1.0 g，放大倍率为20000；4)PEG的用量为2.0 g，放大倍率为20000。

图中，(2)是分散剂（PEG400+PEG1000）用量为0.5 g时制备得到的α-Al(OH)3SEM照片。适当增加分散剂的用量后，可以有效减少氢氧化铝颗粒的团聚现象，使用nano measurer分析软件粗略分析得粒径分布在30～340 nm之间，平均粒径为100 nm。（3）（4）是分散剂（PEG400+PEG1000）用量分别为1 g和2 g时制备得到的α-Al(OH)3SEM照片。可以观察到，若继续增大分散剂的用量，反而会加剧氢氧化铝颗粒之间的团聚现象，分散剂用量为1 g时，得到的α-Al(OH)3粉体平均粒径在60～480 nm之间，平均粒径为160 nm，当分散剂用量为2 g时，得到的α-Al(OH)3粉体平均粒径在80～540 nm之间，平均粒径为190 nm。

综上所述，合成过程中分散剂（PEG400+PEG1000）的用量对合成氧化铝的前驱体α-Al(OH)3的形貌和粒径有很大的影响。当分散剂用量为0.5 g时，可以得到分散性较好，粒径较小的α-Al(OH)3纳米颗粒。分散剂用量较少时，分散剂不足以包覆α-Al(OH)3纳米粉体表面，起不到很好的分散效果，从而会使颗粒之间有团聚现象。分散剂用量过多，也会加剧α-Al(OH)3纳米粉体的团聚现象。

2.2 分散剂用量对拜耳石比表面积的影响

添加不同质量的分散剂后制得的α-Al(OH)3纳米粉体的比表面积和平均粒径如表1所示，以α-Al(OH)3的理论真密度2.42 g/cm3计算样品的平均粒径。

从表中可以看到，随着PEG的用量从0.2 g增加到2.0 g，制备得到的α-Al(OH)3纳米粉体的平均粒径先减小后增大，PEG用量为0.5 g时，计算得到的α-Al(OH)3纳米粉体的平均粒径在几个样品中达到最小为13.6 nm。

3 结论

1）以硝酸铝和氨水为原料添加PEG分散剂可以合成出粒径较小，团聚现象较少的α-Al(OH)3纳米粉体。且实验简单易行，操作简便。

2）PEG分散剂的用量对合成得到的α-Al(OH)3纳米粉体的粒径和团聚现象有明显影响。使用硝酸铝溶液的浓度为0.1 mol/L，随着PEG分散剂用量从0.2 g增加到2.0 g，制备得到的α-Al(OH)3纳米粉体的平均粒径先减小后增大，当PEG分散剂用量为0.5 g时，α-Al(OH)3纳米粉体的平均粒径达最小约为100 nm。根据PEG分散剂的分散原理分析，当溶液中PEG的浓度不高时，随着PEG用量的增大，α-Al(OH)3颗粒表面的PEG覆盖度升高，颗粒间的相互作用力增大，团聚现象减少，得到颗粒的粒径也相应减小，分散性较好；随着PEG用量的进一步增大，α-Al(OH)3颗粒表面的可吸附点不断减少，最终达到饱和，超过饱和值后，PEG则会过剩，未吸附在颗粒表面的PEG高分子链会发生桥链作用，缠结在一起，不能发挥其空间位阻作用，反而会导致颗粒间的团聚，使制备得到的α-Al(OH)3颗粒的团聚现象反而更严重。

[1] 颜肖慈, 罗明道, 王春,等. Ag-Al(OH)3催化剂提高空气(氧)电极电流密度的EHMO研究[J]. 催化学报, 1993, (3):248-250.

[2] Lin Q, Li Q, Ye Q. The effects of additives on the preparation of low sodiumα-Al2O3micro powder in the calcination process[J]. Light Metals, 2003.

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Effects of Dosage of Disperser on Synthesis of α-Al(OH)3

Yang Cong, He Bixin

（Wuhan Research of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

The α-Al(OH) nano-particles is prepared by chemical precipitation method from an aqueous solution of Al(NO3) and NH·HO under different dosages of PEG.FSEM and BET are used to characterize the samples. The results show that, the α-Al(OH) particle size first increases and then decreases with the dosage of PEG increased. The concentration of the aluminum nitrate solution is 0.1mol/L. The size of synthesized α-Al(OH)nano-particles reaches the minimum value of 100 when the dosage of PEG is 0.5 g, and the agglomeration of this α-Al(OH) sample is weak.

α-Al(OH); PEG disperser; morphology and particle size

TQ02

A

1003-4862（2017）03-0078-03

2017-01-15

杨聪（1992-），男，硕士。研究方向：化学工程。