使用氯化鋁制備氧化鋁粉體

尚吉光,孫國新

(濟南大學 化學化工學院，山東 濟南 250022)

使用氯化鋁制備氧化鋁粉體

尚吉光,孫國新*

(濟南大學 化學化工學院，山東 濟南 250022)

以氯化鋁溶液和碳酸銨為原料，采用碳酸鋁銨熱解法制備氧化鋁粉體，探究了不同合成條件對碳酸鋁銨前驅體晶型的影響，得到粒徑10nm左右的α-Al2O3顆粒。在1100℃的焙燒溫度下可得到有一定透光性α-Al2O3。

碳酸鋁銨熱解法；氧化鋁；粉體；氯化鋁

氧化鋁熱穩定性高、力學性能優良，作為原料應用于醫學人造骨骼、電子器件半導體、機械研磨材料、激光材料、透明陶瓷材料等要求高的領域[1-2]。

根據《2013-2017年中國氧化鋁行業產銷需求與投資預測報告》的數據顯示，目前中國是全世界最大的氧化鋁生產國，氧化鋁的需求仍在增長[3]。然而我國以生產工業氧化鋁為主，粒徑太大或粒徑分布不均勻，氧化鋁的粒度很難達到高尖行業的要求。國外技術相對成熟，且大規模生產[4]。

本文采用環保的碳酸鋁銨法，使用無硫的氯化鋁[10]和碳酸銨為原料合成納米級的氧化鋁粉體。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

XRD(BRUKER, D8)，TEM(日本電子株式會社，JEM-1400)。

將工業氯化鋁升華提純得氯化鋁；工業碳酸銨升華提純處理。

1.2 氯化鋁濃度、碳酸銨濃度、滴加速度對氧化鋁形貌影響

實驗按0.1，0.2，0.3mol/L的氯化鋁溶液375mL和1.0，2.0，3.0mol/L的碳酸銨溶液104mL進行滴加控制合成前驅體，將氯化鋁溶液逐滴滴加到劇烈攪拌的碳酸銨溶液中，具體實驗條件如表1所示。0.3mol/L氯化鋁與1.0mol/L的碳酸銨滴加反應，無沉淀生成。

表1 不同條件下合成前驅體。

圖1 a.不同條件合成的氧化鋁850℃焙燒的XRD圖; b.850℃焙燒氧化鋁的TEM圖

由表1和圖1(a)可以看出，不同條件下合成的氧化鋁的XRD圖譜顯示，氧化鋁是θ-Al2O3，晶型和粒徑非常接近。

根據Scherrer公式L=Kλ/(βcosθ)[7]計算得粒徑約為18nm，軟件模擬計算粒徑不到10nm。由圖1(b)的TEM圖像可以看出，有粒徑10nm左右的顆粒被合成出來，也有粒徑較大的顆粒，顆粒之間存在團聚現象。

綜上所述，并使鋁鹽充分反應，選擇0.2mol/L的氯化鋁溶液375mL和2.0mol/L的碳酸銨溶液104mL進行滴加控制合成前驅體。

1.3 焙燒溫度影響

圖2中，200℃烘干的前驅體的XRD譜圖與碳酸鋁銨的特征峰吻合，證明合成的前驅體是碳酸鋁銨結構。400℃到650℃有γ-Al2O3特征峰，850℃條件下存在明顯的θ-Al2O3特征峰，950℃出現α-Al2O3，650℃到950℃各階段多種晶格的氧化鋁同時存在。

a. 200℃烘干的前驅體；b. 前驅體焙燒到400℃； c. 650℃；d. 850℃；e. 950℃；f.1000℃圖2 前驅體在不同溫度下焙燒的XRD圖

圖3 前驅體在1100℃下焙燒的XRD圖(左):a反應加入PEG2000和某種有機物,

b反應未加任何添加劑; 1100℃下焙燒得到氧化鋁的TEM圖(右)

不加任何添加劑在1100℃條件下焙燒得到的不是α-Al2O3；而加入適量PEG2000和某種有機物后，在1100℃條件下焙燒得到的氧化鋁的XRD譜圖顯示是α-Al2O3，晶格單一，結晶度高。α-Al2O3的燒結溫度低于肖勁[7]和唐召杰[11]報道的燒結溫度。

通過XRD軟件模擬計算，顯示1100℃焙燒的氧化鋁粒徑比較大。圖3(b)的TEM圖像顯示，氧化鋁顆粒粒徑在500nm左右，粒徑小于萬燁報道的粒徑[9]，而且有一定透光性，形貌與報道的醇鋁鹽水解法合成的氧化鋁相似[1，8]。顆粒之間有輕微的團聚現象。

2 結論

本文采用比較環保的碳酸鋁銨熱解法制備氧化鋁顆粒。探究了不同氯化鋁溶液濃度、不同碳酸銨溶液濃度、不同滴加速度對碳酸鋁銨前驅體晶型的影響，XRD結果顯示并無明顯差別。合成產物中存在粒徑10nm左右的非α-Al2O3顆粒。α-Al2O3的焙燒溫度比較低，在1100℃條件下得到的氧化鋁晶格單一，結晶度高，有一定透光性。合成前驅體過量的碳酸銨濾液可加工重復使用。

[1] 簡 雙. LED用高純氧化鋁粉體的細化與燒結工藝的研究論文[D].上海:東華大學,2014.

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(本文文獻格式：尚吉光,孫國新.使用氯化鋁制備氧化鋁粉體[J].山東化工，2017，46(10)：50-51,54.)

Preparation of Alumina Powder by Using Aluminum Chloride

ShangJiguang,SunGuoxin

(School of Chemistry and Chemical Engineering, University of Jinan, Ji'nan 250022, China)

Aluminium chloride and ammonium carbonate were used as raw materials for preparation of alumina powder by using ammonium aluminum carbonate pyrolysis. The effects of different conditions on the synthesis of ammonium aluminium carbonate precursor were studied.Non α-Al2O3particles were synthesized, whose particle size is about 10nm. A certain transparency α-Al2O3can be obtained at 1100℃ roasting temperature.

ammonium aluminum carbonate pyrolysis;alumina;powder;aluminum chloride

2017-03-26

尚吉光(1991—)，山東禹城人，碩士研究生；通信聯系人：孫國新，教授，博士生和研究生導師，研究方向：萃取分離化學與工藝研究，功能材料。

TB44

A

1008-021X(2017)10-0050-02