分散劑用量對(duì)α-Al(OH)3合成的影響

楊 聰，賀必新

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分散劑用量對(duì)α-Al(OH)3合成的影響

楊 聰，賀必新

(武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

以Al(NO3)3及NH3·H2O為原料，采用化學(xué)沉淀法在不同PEG分散劑用量的情況下制備α-Al(OH)3納米顆粒，并通過(guò)FSEM與BET 的表征方法對(duì)樣品進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，隨著PEG分散劑用量的增大，合成得到的α-Al(OH)3納米粉體的粒徑先減小后增大，原料硝酸鋁溶液的濃度為0.1 mol/L，當(dāng)PEG分散劑用量為0.5 g時(shí)，制備得到的α-Al(OH)3顆粒粉體的平均粒徑達(dá)最小約為100 nm，此時(shí)的團(tuán)聚現(xiàn)象也較少。

α-Al(OH)3PEG分散劑 形貌與粒徑

0 引言

α-Al(OH)3又稱(chēng)拜耳石，是三水鋁石（γ-Al(OH)3）的同質(zhì)異相，拜耳石是單斜晶系，由八面體層狀A(yù)l(OH)6以AB-BA的形式堆積而成，接近于六面體緊密堆積。在催化劑領(lǐng)域，拜耳石因其特殊結(jié)構(gòu)有著廣泛地用途，同時(shí)也是合成氧化鋁陶瓷材料的重要前驅(qū)體[1-2]。氫氧化鋁的制備方法有微乳液法、溶膠-凝膠法、化學(xué)沉淀法、有機(jī)鋁熱解法、鋁酸鹽分解法等[3-7]，化學(xué)沉淀法簡(jiǎn)單易行，粒子純度高、粒度小、組成精確可控，成本低、易于工業(yè)化，是制備α-Al(OH)3的重要方法?；瘜W(xué)沉淀法制備一般是向鋁鹽溶液中滴加堿性溶液沉淀得到，過(guò)程中會(huì)加入一定量的分散劑來(lái)抑制初始階段形成的納米顆粒之間的團(tuán)聚。

分散劑可以分為離子型和非離子型兩大類(lèi)，凡是在水中不能解離成離子的稱(chēng)為非離子型表面活性劑，相反在水中能夠解離成離子的則稱(chēng)為離子型表面活性劑。本文中采用非離子型分散劑PEG，PEG屬于高分子聚合物，在溶液中添加適量的PEG，其會(huì)吸附在固體納米顆粒表面，形成一層長(zhǎng)鏈大分子保護(hù)層，顆粒與顆粒之間的空間位阻增大[8]，來(lái)阻止納米顆粒在水溶液中的團(tuán)聚。但是如果PEG的添加量過(guò)多或者過(guò)少，都不會(huì)達(dá)到很好的分散效果，分散劑的用量則是決定分散劑分散效果的重要因素。

本文以硝酸鋁溶液和氨水溶液為原料，通過(guò)化學(xué)沉淀法制備α-Al(OH)3納米粉體，并探究PEG用量對(duì)α-Al(OH)3納米粉體粒徑和分散性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 α-Al(OH)3的合成方法

稱(chēng)取37.5gAl(NO3)3·9H2O配制成0.1mol/L的硝酸鋁溶液1 L，再稱(chēng)取一定質(zhì)量的聚乙二醇（PEG400和PEG1000的混合物）的加入到硝酸鋁溶液中，機(jī)械攪拌10 min，以使PEG完全溶解在硝酸鋁溶液中。配制濃度約為3 mol/L的氨水溶液，邊攪拌邊以一定的速度將配制好的氨水溶液滴入到上述混合溶液中，直至溶液PH=9。繼續(xù)攪拌12 h，停止攪拌后陳化12 h，最后將溶液過(guò)濾、干燥、研磨，得到α-Al(OH)3粉體。

1.2 實(shí)驗(yàn)表征

使用Nova NanoSEM 450型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡分析α-Al(OH)3樣品的形貌和尺寸，因制備得到的樣品導(dǎo)電性能差，故預(yù)先對(duì)樣品表面進(jìn)行了噴Pt處理。采用ASAP 2420型比表面分析儀測(cè)試α-Al(OH)3樣品的比表面積，并通過(guò)如下公式（1）計(jì)算粉體材料的平均粒子直徑。

其中：為樣品的真密度，g/cm3；為粒子直徑，nm；s為比表面積，m2/g。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 分散劑用量對(duì)拜耳石形貌的影響

圖1(1)是分散劑（PEG400+PEG1000）用量為0.2 g時(shí)制備得到的α-Al(OH)3SEM照片。從圖1中可以看出，在分散劑用量使用較少時(shí)，制備得到的氫氧化鋁顆粒呈不規(guī)則形狀，有少量團(tuán)聚，使用nano measurer分析軟件粗略分析得粒徑主要分布在50～440 nm之間，平均粒徑140 nm。

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

圖中，(2)是分散劑（PEG400+PEG1000）用量為0.5 g時(shí)制備得到的α-Al(OH)3SEM照片。適當(dāng)增加分散劑的用量后，可以有效減少氫氧化鋁顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象，使用nano measurer分析軟件粗略分析得粒徑分布在30～340 nm之間，平均粒徑為100 nm。（3）（4）是分散劑（PEG400+PEG1000）用量分別為1 g和2 g時(shí)制備得到的α-Al(OH)3SEM照片?？梢杂^察到，若繼續(xù)增大分散劑的用量，反而會(huì)加劇氫氧化鋁顆粒之間的團(tuán)聚現(xiàn)象，分散劑用量為1 g時(shí)，得到的α-Al(OH)3粉體平均粒徑在60～480 nm之間，平均粒徑為160 nm，當(dāng)分散劑用量為2 g時(shí)，得到的α-Al(OH)3粉體平均粒徑在80～540 nm之間，平均粒徑為190 nm。

綜上所述，合成過(guò)程中分散劑（PEG400+PEG1000）的用量對(duì)合成氧化鋁的前驅(qū)體α-Al(OH)3的形貌和粒徑有很大的影響。當(dāng)分散劑用量為0.5 g時(shí)，可以得到分散性較好，粒徑較小的α-Al(OH)3納米顆粒。分散劑用量較少時(shí)，分散劑不足以包覆α-Al(OH)3納米粉體表面，起不到很好的分散效果，從而會(huì)使顆粒之間有團(tuán)聚現(xiàn)象。分散劑用量過(guò)多，也會(huì)加劇α-Al(OH)3納米粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象。

2.2 分散劑用量對(duì)拜耳石比表面積的影響

添加不同質(zhì)量的分散劑后制得的α-Al(OH)3納米粉體的比表面積和平均粒徑如表1所示，以α-Al(OH)3的理論真密度2.42 g/cm3計(jì)算樣品的平均粒徑。

從表中可以看到，隨著PEG的用量從0.2 g增加到2.0 g，制備得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑先減小后增大，PEG用量為0.5 g時(shí)，計(jì)算得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑在幾個(gè)樣品中達(dá)到最小為13.6 nm。

3 結(jié)論

1）以硝酸鋁和氨水為原料添加PEG分散劑可以合成出粒徑較小，團(tuán)聚現(xiàn)象較少的α-Al(OH)3納米粉體。且實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，操作簡(jiǎn)便。

2）PEG分散劑的用量對(duì)合成得到的α-Al(OH)3納米粉體的粒徑和團(tuán)聚現(xiàn)象有明顯影響。使用硝酸鋁溶液的濃度為0.1 mol/L，隨著PEG分散劑用量從0.2 g增加到2.0 g，制備得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑先減小后增大，當(dāng)PEG分散劑用量為0.5 g時(shí)，α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑達(dá)最小約為100 nm。根據(jù)PEG分散劑的分散原理分析，當(dāng)溶液中PEG的濃度不高時(shí)，隨著PEG用量的增大，α-Al(OH)3顆粒表面的PEG覆蓋度升高，顆粒間的相互作用力增大，團(tuán)聚現(xiàn)象減少，得到顆粒的粒徑也相應(yīng)減小，分散性較好；隨著PEG用量的進(jìn)一步增大，α-Al(OH)3顆粒表面的可吸附點(diǎn)不斷減少，最終達(dá)到飽和，超過(guò)飽和值后，PEG則會(huì)過(guò)剩，未吸附在顆粒表面的PEG高分子鏈會(huì)發(fā)生橋鏈作用，纏結(jié)在一起，不能發(fā)揮其空間位阻作用，反而會(huì)導(dǎo)致顆粒間的團(tuán)聚，使制備得到的α-Al(OH)3顆粒的團(tuán)聚現(xiàn)象反而更嚴(yán)重。

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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

楊聰（1992-），男，碩士。研究方向：化學(xué)工程。