[发明专利]一种超微孔碱式碳酸铝铵的合成及其热解制备氧化铝的方法

说明书

本发明提供了一种高比表面碱式碳酸铝铵及氧化铝的制备方法。本发明以尿素、商业拟薄水铝石((Al₂O₃ 70wt％，烟台恒辉,)为原料，经过水热处理的方法得到纤维棒状碱式碳酸铝铵(AACH，NH₄Al(OH)₂CO₃)，随后碱式碳酸铝铵受热分解得到氧化铝。本方法通过控制反应物配比及晶化条件，可以得到具有不同孔结构的AACH和氧化铝样品。本方法制备流程简单，合成过程中无需加入有机添加剂，合成成本低。合成出的AACH比表面积超过700m²/g，孔容达到0.4cm³/g，孔径集中在1.5‑2.5nm之间。AACH经300℃受热分解，再经过500℃煅烧可得到氧化铝，其比表面对比其前驱体(比表面为301.9m²/g)有明显提升，高达781.6m²/g，孔容达到0.5cm³/g，平均孔径在1.5‑4nm之间。

技术领域

本发明涉及一种超微孔碱式碳酸铝铵的合成及其热解制备氧化铝的方法。以拟薄水铝石和尿素为原料，利用水热处理的方法制备出碱式碳酸铝铵及相应的氧化铝材料。

背景技术

拟薄水铝石为微晶态氢氧化铝，其通常具有较高的比表面积且具有较大的孔体积。同时，其在一定温度下焙烧后可以生成活性氧化铝。所得活性氧化铝具有较好的热稳定性、一定的活性、较强的机械强度等优良性能，成为石油化工行业中多种催化剂的载体。但活性氧化铝的比表面一般低于250m²/g，孔径分布较宽，不能满足工业上某些催化过程对于载体材料高选择性和高比表面的特殊要求。CN 103073036B报道一种采用软模板法合成超微孔氧化铝的方法，所合成的氧化铝比表面达到550m²/g。但是该方法合成路线复杂，同时需要采用表面活性剂和有机羧酸作为模板，成本较高，不利于工业上大规模合成。因此，亟需开发新的方法来合成具有高比表面和集中孔径分布的超微孔氧化铝材料。

碱式碳酸铝铵(AACH)是合成纳米氧化铝或者超细氧化铝的重要前驱体之一。碳酸铝铵热解法是制备高纯氧化铝的新型合成方法，所得的产品具有超细、高纯度等优点，并且工艺简单，易于操作。

在碱式碳酸铝铵的合成中，研究者们一般需要采用铝盐和铵盐进行沉淀反应来合成(参考：J.Am.Ceram.Soc.2003,86,1321；Acta.Mater.2000,48,4735)。也有采用尿素为沉淀剂来合成的报道。CN 103911686A以硝酸铝和尿素合成碳酸铝铵纤维，合成过程中需要加入有机模板剂，并且所得氧化铝比表面较低(200m²/g左右)。Bai等(参考：Langmuir,2007,23,4599)采用硝酸铝和尿素为原料，在共聚物P123存在下，进行水热晶化，制备出具有均匀纤维状形貌的碱式碳酸铝铵。但总起来说，这些方法的合成体系固含量较低，合成过程中产生大量的废液需要处理。

为解决这些问题，研究人员考虑采用铝盐和铵盐通过固相混合，同时加入少量的水进行反应来合成。CN 104891542A用铝盐和铵盐的固体粉末为原料，通过高速机械搅拌与超声分散的协同作用将反应物料混合均匀，经化学反应合成碱式碳酸铝铵，但此方法合成过程复杂，制备过程需要加入大量的聚乙二醇作为分散剂。Li等(参考：Mater.Res.Bull.2012,47,1073)采用碳酸氢铵和氢氧化铝进行固体研磨反应，制备出AACH，但是所得AACH的比表面较低(96m²/g)。CN102245510采用碳酸氢铵溶液和氢氧化铝在水热条件下合成了AACH，AACH焙烧后得到氧化铝材料。但是该方法对氧化铝比表面的提升较小，相对于前驱体(414m²/g)，处理后的氧化铝比表面仅增加了30m²/g。

发明内容