[发明专利]一种制备勃姆石粉体的溶剂热合成法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备勃姆石超细粉体的方法，特别是涉及一种利用溶剂热法制备不同形貌勃姆石粉体的方法。

背景技术

勃姆石(boehmite)的分子式为γ-AlOOH，又称一水软铝石，外观呈现白色粉末。勃姆石除了用作阻燃剂，其最重要的用途是经过煅烧后制备氧化铝粉体，故被称为氧化铝的前驱体。以勃姆石、氧化铝为代表的无机粉体材料的宏观性质，不仅取决于其化学组成，还在很大程度上受到其粒子大小和形貌的影响，因此，制备不同形貌的勃姆石粉体始终是无机材料合成的热门领域。

水热法制备勃姆石粉体过程中，由于水分子中的羟基，容易与勃姆石固相表面羟基形成氢键，相邻颗粒的非架桥羟基可自发转变为-O-化学键，并将凝胶中的部分结构配位水排除，这会造成初始颗粒间的紧密接触。在随后的粉体干燥过程中，随着水的进一步脱除，毛细管力使相界面收缩，造成初始粒子的长大，最终形成硬团聚。

硬团聚粉体在应用加工过程中其结构不仅不易被破坏，而且还将进一步恶化，导致性能变差。水的存在是干燥过程中形成硬团聚的根源，为此，人们发展了溶剂热技术，以有机溶剂全部或者部分取代水，以便尽量减少或消除粉体的硬团聚。由于可供选择的有机溶剂种类多，性质各异，并且不同溶剂之间的组合方式变化丰富，因此用有机溶剂替代水，不仅可以减少粉体的团聚，还可以在更大的范围内调控无机粉体的合成条件，获得新颖形貌的产品。

在勃姆石粉体的溶剂热制备方面，汤睿团队以硝酸铝和尿素为原料，采用乙醇-水混合溶剂，制备了叶片状分级构造簇状勃姆石前驱体，经煅烧后得到相同形貌的氧化铝粉体(无机化学学报，2011，27(2)：251-258)；张梁团队以氯化铝为铝源，同样采用乙醇-水混合溶液作为反应介质，成功制备了大长径比的一维勃姆石纳米棒(人工晶体学报，2011，40(4)：892-897)；本人以硫酸铝和尿素为原料，采用四氢呋喃-水混合溶剂，制备了花状勃姆石粉体，经过煅烧后得到同形貌的氧化铝粉体(山东农业大学学报(自然科学版)，2011，42(4)：511-514)。

采用醇水混合溶剂，能够以烷氧基部分取代水的羟基形成软团聚，相应降低了粉体的硬团聚，而四氢呋喃-水混合溶剂，可以制备新颖的花状形貌勃姆石，上述实例证明了溶剂热法在降低粉体团聚以及调控粉体形貌方面的有效性，但是上述实例中都未提到混合溶剂的回收。如果任由混合溶剂排放到环境中，既浪费了溶剂，又造成了环境污染，同时也增加了成本。考虑到溶剂只是提供反应的环境，不是反应原料，反应过程中不消耗，经过回收后重新利用，是完全有可能和必要的。但是传统的溶剂热方法，反应后的溶剂呈现混合状态，还夹杂着水溶性产物，即使回收后，也很难实现分离和纯化。

我们设想，能否选择与水不相溶的有机溶剂，设计一种溶剂与水分隔的反应体系，反应结束后能方便的回收溶剂，经过简单处理后可重复使用的溶剂热方法。为此，我们选用了基本不溶于水且密度小于水的低沸点有机溶剂，例如正戊醇、正己醇、正庚醇、正辛醇、环己醇等中等长度碳链的醇类，与水形成溶剂热反应体系。例如，溶解有尿素的铝盐水溶液(作为水层)和正己醇(相对密度0.814，沸点157.0℃，微溶于水，作为溶剂层)构成的溶剂热反应体系，由于底层的水与顶层的有机溶剂不相溶，且密度有差别，两层之间有明显的界线，这也是后续溶剂回收的基础。

在加热反应期间，由于两层溶剂的沸点不同，挥发程度也会不同。例如，当温度为150℃时，底部的水溶液层最容易汽化，特别是其中溶解的尿素，在超过80℃以上即分解产生氨气和二氧化碳。顶层的正己醇(沸点157.0℃)，由于反应温度已非常接近其沸点，也会大量挥发，形成有机溶剂和氨水的混合蒸汽。在溶剂热反应过程中形成的勃姆石粒子，聚集到一定程度后，会在水层中形成沉淀。