[发明专利]一种纳米锌铝尖晶石的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化化学或纳米材料制备方法，具体来说涉及一种锌铝尖晶石纳米粉体的制备方法。

背景技术

尖晶石型复合氧化物是一类很有前途的无机非金属材料，具有一系列良好的特性而被广泛应用于高温材料、半导体光电材料、传感器以及催化剂和催化剂载体等。国内外目前合成尖晶石的传统方法主要有以下几种。（1）机械化学合成法。又称高能机械研磨法，通过高能球磨使不同金属元素或金属氧化物间相互作用形成纳米级化合物。但工艺设备复杂，能耗高。（2）固相反应法。将氧化锌和氧化铝粉体混合作为合成锌铝尖晶石的原料，在1400℃温度下合成锌铝尖晶石粉体。该方法很难做到原料混合的均匀化，造成制备的多晶尖晶石材料出现非均相现象，影响了材料的光学透过率。（3）共沉淀法。共沉淀法是在相应的可溶性盐溶液中加入沉淀剂，将金属离子均匀沉淀出来，再过滤、洗涤、干燥和煅烧，得到锌铝尖晶石粉体。产品纯度较高；但易出现团聚问题，常添加表面活性剂、真空干燥或冷冻干燥加以克服，需要消耗大量的沉淀剂。（4）水热法。在较高温度和较高压力下，以水为介质制备纳米粉体的一种技术，产品具有分散性好、纯度高、形貌可控等优点。但水热法需要耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬，因此设备要求高；其温压控制严格，技术难度大；成本高；安全性能差。

达志坚等[石油学报：石油加工，2003,19（2），70-76]用拟薄水拟石和硝酸锌，采用胶溶法制备了锌铝尖晶石，比表面积较低，仅为60m²/g。朱佰铨等[硅酸盐学报，2003,31（12），1171-1174]将Al(OH)₃和ZnO共混研磨，加入聚乙烯醇作为扩孔剂，在200Mpa下成型，700-900℃焙烧3h，采用掺混法合成了尖晶石。US2004234448将氧化锌、水、硝酸、硝酸锌或碳酸锌、铝溶胶共混，成型、干燥、焙烧，制得氧化铝-氧化锌-尖晶石的复合氧化物，最大比表面积142m²/g。德国学者Sanjay Mathur等通过溶胶-凝胶法[J.Am.Cream.Soc.,84（9）,1921-1928，(2001)]合成了纳米锌铝尖晶石，以昂贵的金属醇盐作为反应原料，成本昂贵，不适合工业化生产；煅烧中放出大量醇类有机物，对环境不太友好。

纳米材料是当今世界最有前途的材料之一。它们通常具有较大的比表面积，且其本身具有量子尺寸效应、表面效应、体积效应和宏观量子隧道效应等，在热、磁、光、敏感特性和表面稳定性等表现出不同于一般材料的许多特有性能。因此制备具有纳米尺寸的ZnAl₂O₄尖晶石有着十分重要的意义，可以大大拓展该类材料的应用。

本发明提供的合成方法，合成中不加表面活性剂和沉淀剂，不需加酸酸化，相对绿色环保，可得到纳米锌铝尖晶石。工艺简单稳定，生产成本低，易实现大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米锌铝尖晶石的制备方法，解决了传统的合成方法中产物组分均一性差和比表面积小等问题；并且不必加表面活性剂和沉淀剂，不需加酸酸化，相对经济环保。

本发明提供的纳米锌铝尖晶石的制备方法为：将锌盐加入水中，溶解，加入铝源，搅拌10～30分钟，加入扩孔剂，搅拌，在20～100℃老化30～60分钟，干燥，500～1200℃焙烧；原料摩尔配比为Zn：Al：水=1：2：16~35；以氧化锌的质量为100%计算，扩孔剂的加入量为0.5～30%，优选的范围是2～20%，更优选的范围是3～7％；所述的扩孔剂可以是蔗糖、丙三醇、碳酸铵、碳酸氢铵、聚苯乙烯乳液、聚乙二醇中的一种或几种。

本发明提供的纳米锌铝尖晶石的制备方法，所述的锌盐为常温下可溶于水的含有锌的无机盐；可以是硝酸锌、氯化锌、硫酸锌、醋酸锌等中的一种或几种，优选硝酸锌。

本发明提供的纳米锌铝尖晶石的制备方法，所述的铝源选自拟薄水铝石、薄水铝石、氧化铝、铝土矿等中的一种或几种，优选中孔拟薄水铝石和/或大孔拟薄水铝石，更优选大孔拟薄水铝石。

本发明所述的扩孔剂有良好的水溶性或分散性，本发明的扩孔剂和反应体系、工艺条件相匹配，取得了出乎预料的效果，具体来说扩孔剂优选含有蔗糖、丙三醇、碳酸铵、碳酸氢铵、聚苯乙烯乳液、聚乙二醇中的一种或多种，更优选含蔗糖、聚苯乙烯乳液、聚乙二醇中的一种或多种；其中的聚苯乙烯乳液优选其胶束粒径为40～50纳米的聚苯乙烯乳液；聚乙二醇的平均分子量为200～400。