均匀沉淀法制备氧化铝

均匀沉淀法制备氧化铝—冷冻干燥法制备实验

一、实验目的，要求

1、了解均匀沉淀法制备氧化铝的过程。

二、实验原理（数据测定原理，方法，数据处理方法）

实验原理

均匀沉淀法制备纳米氧化铝粉体具有原料成本低、工艺简单、操作简便、对设备要求低等优点,在国内外受到越来越广泛的关注。在均匀沉淀法中,由于沉淀剂是通过化学反应缓慢地生成的,因此,只要控制好沉淀剂的生成速度,便可以使过饱和度控制在适当的范围内,从而达到控制粒子的生长速度,获得粒度分布均匀、粒径小的纳米粒子。

均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢地、均匀地释放出来。此时，加入的沉淀剂不是立刻与被沉淀组分发生反应,而是通过化学反应使沉淀剂在整个溶液中缓慢地生成。其优点之一是构晶离子的过饱和度在整个溶液中比较均匀，所以沉淀物的颗粒均匀而致密，便于过滤洗涤。同时，它可以避免杂质的共沉淀,这样得到的粒子粒径分布均匀。

铝的无机盐Al(NO3)3或AlCl3溶于水发生水解反应,生成Al(OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+、Al(OH)3(H2O)3等多级水解产物，溶液的pH值一般在3~4之间。提高溶液的pH值会促进Al(NO3)3或AlCl3溶液的水解。（CH2)6N4在水溶液中发生水解反应：

这是一个吸热反应,（CH2)6N4的分解速度随温度升高迅速增加,但在室温条件下其分解程度很小,20℃时溶液的pH值接近9。这一特性使适当浓度的（CH2)6N4水溶液可以与Al(NO3)3或AlCl3溶液在常温下均匀混合,得到透明溶胶而不产生沉淀。当温度上升后,（CH2)6N4分解加剧,生成大量OH—,原位催化Al(NO3)3或AlCl3溶液水解,形成的氢氧化铝胶粒同时均匀成长，胶粒长大到一定尺寸，彼此间通过氢键结合成网络结构，就形成了透明的凝胶。氢氧化铝凝胶经干燥、锻烧后可制得纳米氧化铝粉体。其反应机理可用下面的反应方程式表达：

实验所用主要材料

氯化铝、硝酸铝、六次甲基四胺、聚乙二醇、去离子水

实验所用主要设备

1)玻璃仪器：烧杯、量筒、容量瓶、滴定管、布氏漏斗等。

2)PHS一3C型PH计。

3)DF一101S型集热式恒温加热磁力搅拌器。

4)FD一8型冷冻干燥机。

5)HH—S型恒温水浴锅。

6)硅碳棒马弗炉。

实验方法

实验方法一

实验E(该实验方法所制备的样品记作样品E):将分析纯的Al(NO3)3·9H2O和(CH2)6N4分别用去离子水配成2.0mol/L的溶液。在室温下,其pH值分别为1.00和9.00。在l000ml的烧杯中倒入200ml 2.0M的Al(NO3)3溶液,并加入各100mg的PEG6000和PEG400作为分散剂,以减少沉淀反应时团聚体的产生。用磁力搅拌器强烈搅拌,缓慢滴加400ml 2.0M的(CH2)6N4溶液,滴定速度控制在5ml/min左右。滴定完毕后,溶液的pH值为4.14,继续搅拌20min,溶液变成澄清透明的溶胶。此时，溶胶的pH值为3.95。将所制得的溶胶移入水浴恒温锅中,在50℃下水浴加热30min,溶胶即可变成凝胶。凝胶自然冷却后,在冷冻干燥机上冷冻干燥。干燥后的凝胶粉末,在不同的温度下锻烧1h,用不同的检测方法对其性能进行表征。此实验方法的操作流程如图5—1所示:

试验方法二

实验F(该实验方法所制备的样品记作样品F):将分析纯的AICl3·6H2O和(CH2)6N4分别用去离子水配成2.0mol/L的溶液,在室温下,其pH值分别为0.75和9.00。在1000ml的烧杯中倒入200ml 2.0M的AICl3·6H2O溶液,并加入各100mg的PEG6000和PEG400作为分散剂，以减少沉淀反应时团聚体的产生。用磁力搅拌器强烈搅拌,缓慢滴加400ml 2.OM的(CH2)6N4溶液,滴定速度控制在5ml/min左右。滴定完毕后,溶液的pH值为4.21，继续搅拌20min，溶液变成澄清透明的溶胶。此时，溶胶的pH值为4.00。余下的实验步骤同实验E。

三、研究技术路线（如上图）

四、预测实验结果

1.以无机铝盐（Al(NO3)3·9H2O或AICl3·6H2O）为原料，六次甲基四胺为均匀沉淀剂，控制反应物的浓度(

2.omol/L)、反应物的配比((CH2)6N4/Al3+(摩尔比)=2:1)、凝胶化反应温度(50℃)及时间(30min)等工艺因素,能得到透明稳定的氢氧化铝凝胶。

2.氢氧化铝凝胶经冷冻干燥后锻烧,能得到性能良好的纳米氧化铝粉体。

3.以（Al(NO3)3·9H2O为原料、六次甲基四胺为均匀沉淀剂,采用均匀沉淀一冷冻干燥法制备出的氢氧化铝干凝胶粉体,经1150℃x1h热处理后能得到粒径分布窄、粒度为80—120nm呈无规则形状的纳米α一Al2O3颗粒。

4.以AICl3·6H2O为原料、六次甲基四胺为均匀沉淀剂,采用均匀沉淀一冷冻干燥法制备出的氢氧化铝干凝胶粉体,经1200℃X1h热处理后能得到粒径分布窄、粒度为100—200nm 呈无规则形状的纳米α一Al2O3颗粒。

五、实验数据记录

参考文献

【1】孟卫松.沉淀法制备纳米氧化铝粉体的研究.武汉科技大学硕士学位论文.2004.6