分散劑用量對α-Al(OH)3合成的影響

楊 聰，賀必新

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分散劑用量對α-Al(OH)3合成的影響

楊 聰，賀必新

(武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

以Al(NO3)3及NH3·H2O為原料，采用化學沉淀法在不同PEG分散劑用量的情況下制備α-Al(OH)3納米顆粒，并通過FSEM與BET 的表征方法對樣品進行了表征。結果表明，隨著PEG分散劑用量的增大，合成得到的α-Al(OH)3納米粉體的粒徑先減小后增大，原料硝酸鋁溶液的濃度為0.1 mol/L，當PEG分散劑用量為0.5 g時，制備得到的α-Al(OH)3顆粒粉體的平均粒徑達最小約為100 nm，此時的團聚現象也較少。

α-Al(OH)3PEG分散劑 形貌與粒徑

0 引言

α-Al(OH)3又稱拜耳石，是三水鋁石（γ-Al(OH)3）的同質異相，拜耳石是單斜晶系，由八面體層狀Al(OH)6以AB-BA的形式堆積而成，接近于六面體緊密堆積。在催化劑領域，拜耳石因其特殊結構有著廣泛地用途，同時也是合成氧化鋁陶瓷材料的重要前驅體[1-2]。氫氧化鋁的制備方法有微乳液法、溶膠-凝膠法、化學沉淀法、有機鋁熱解法、鋁酸鹽分解法等[3-7]，化學沉淀法簡單易行，粒子純度高、粒度小、組成精確可控，成本低、易于工業化，是制備α-Al(OH)3的重要方法。化學沉淀法制備一般是向鋁鹽溶液中滴加堿性溶液沉淀得到，過程中會加入一定量的分散劑來抑制初始階段形成的納米顆粒之間的團聚。

分散劑可以分為離子型和非離子型兩大類，凡是在水中不能解離成離子的稱為非離子型表面活性劑，相反在水中能夠解離成離子的則稱為離子型表面活性劑。本文中采用非離子型分散劑PEG，PEG屬于高分子聚合物，在溶液中添加適量的PEG，其會吸附在固體納米顆粒表面，形成一層長鏈大分子保護層，顆粒與顆粒之間的空間位阻增大[8]，來阻止納米顆粒在水溶液中的團聚。但是如果PEG的添加量過多或者過少，都不會達到很好的分散效果，分散劑的用量則是決定分散劑分散效果的重要因素。

本文以硝酸鋁溶液和氨水溶液為原料，通過化學沉淀法制備α-Al(OH)3納米粉體，并探究PEG用量對α-Al(OH)3納米粉體粒徑和分散性的影響。

1 實驗方法

1.1 α-Al(OH)3的合成方法

稱取37.5gAl(NO3)3·9H2O配制成0.1mol/L的硝酸鋁溶液1 L，再稱取一定質量的聚乙二醇（PEG400和PEG1000的混合物）的加入到硝酸鋁溶液中，機械攪拌10 min，以使PEG完全溶解在硝酸鋁溶液中。配制濃度約為3 mol/L的氨水溶液，邊攪拌邊以一定的速度將配制好的氨水溶液滴入到上述混合溶液中，直至溶液PH=9。繼續攪拌12 h，停止攪拌后陳化12 h，最后將溶液過濾、干燥、研磨，得到α-Al(OH)3粉體。

1.2 實驗表征

使用Nova NanoSEM 450型場發射掃描電子顯微鏡分析α-Al(OH)3樣品的形貌和尺寸，因制備得到的樣品導電性能差，故預先對樣品表面進行了噴Pt處理。采用ASAP 2420型比表面分析儀測試α-Al(OH)3樣品的比表面積，并通過如下公式（1）計算粉體材料的平均粒子直徑。

其中：為樣品的真密度，g/cm3；為粒子直徑，nm；s為比表面積，m2/g。

2 實驗結果與討論

2.1 分散劑用量對拜耳石形貌的影響

圖1(1)是分散劑（PEG400+PEG1000）用量為0.2 g時制備得到的α-Al(OH)3SEM照片。從圖1中可以看出，在分散劑用量使用較少時，制備得到的氫氧化鋁顆粒呈不規則形狀，有少量團聚，使用nano measurer分析軟件粗略分析得粒徑主要分布在50～440 nm之間，平均粒徑140 nm。

注：1)PEG的用量為0.2 g，放大倍率為20000；2)PEG的用量為0.5 g，放大倍率為20000；3)PEG的用量為1.0 g，放大倍率為20000；4)PEG的用量為2.0 g，放大倍率為20000。

圖中，(2)是分散劑（PEG400+PEG1000）用量為0.5 g時制備得到的α-Al(OH)3SEM照片。適當增加分散劑的用量后，可以有效減少氫氧化鋁顆粒的團聚現象，使用nano measurer分析軟件粗略分析得粒徑分布在30～340 nm之間，平均粒徑為100 nm。（3）（4）是分散劑（PEG400+PEG1000）用量分別為1 g和2 g時制備得到的α-Al(OH)3SEM照片。可以觀察到，若繼續增大分散劑的用量，反而會加劇氫氧化鋁顆粒之間的團聚現象，分散劑用量為1 g時，得到的α-Al(OH)3粉體平均粒徑在60～480 nm之間，平均粒徑為160 nm，當分散劑用量為2 g時，得到的α-Al(OH)3粉體平均粒徑在80～540 nm之間，平均粒徑為190 nm。

綜上所述，合成過程中分散劑（PEG400+PEG1000）的用量對合成氧化鋁的前驅體α-Al(OH)3的形貌和粒徑有很大的影響。當分散劑用量為0.5 g時，可以得到分散性較好，粒徑較小的α-Al(OH)3納米顆粒。分散劑用量較少時，分散劑不足以包覆α-Al(OH)3納米粉體表面，起不到很好的分散效果，從而會使顆粒之間有團聚現象。分散劑用量過多，也會加劇α-Al(OH)3納米粉體的團聚現象。

2.2 分散劑用量對拜耳石比表面積的影響

添加不同質量的分散劑后制得的α-Al(OH)3納米粉體的比表面積和平均粒徑如表1所示，以α-Al(OH)3的理論真密度2.42 g/cm3計算樣品的平均粒徑。

從表中可以看到，隨著PEG的用量從0.2 g增加到2.0 g，制備得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑先減小后增大，PEG用量為0.5 g時，計算得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑在幾個樣品中達到最小為13.6 nm。

3 結論

1）以硝酸鋁和氨水為原料添加PEG分散劑可以合成出粒徑較小，團聚現象較少的α-Al(OH)3納米粉體。且實驗簡單易行，操作簡便。

2）PEG分散劑的用量對合成得到的α-Al(OH)3納米粉體的粒徑和團聚現象有明顯影響。使用硝酸鋁溶液的濃度為0.1 mol/L，隨著PEG分散劑用量從0.2 g增加到2.0 g，制備得到的α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑先減小后增大，當PEG分散劑用量為0.5 g時，α-Al(OH)3納米粉體的平均粒徑達最小約為100 nm。根據PEG分散劑的分散原理分析，當溶液中PEG的濃度不高時，隨著PEG用量的增大，α-Al(OH)3顆粒表面的PEG覆蓋度升高，顆粒間的相互作用力增大，團聚現象減少，得到顆粒的粒徑也相應減小，分散性較好；隨著PEG用量的進一步增大，α-Al(OH)3顆粒表面的可吸附點不斷減少，最終達到飽和，超過飽和值后，PEG則會過剩，未吸附在顆粒表面的PEG高分子鏈會發生橋鏈作用，纏結在一起，不能發揮其空間位阻作用，反而會導致顆粒間的團聚，使制備得到的α-Al(OH)3顆粒的團聚現象反而更嚴重。

[1] 顏肖慈, 羅明道, 王春,等. Ag-Al(OH)3催化劑提高空氣(氧)電極電流密度的EHMO研究[J]. 催化學報, 1993, (3):248-250.

[2] Lin Q, Li Q, Ye Q. The effects of additives on the preparation of low sodiumα-Al2O3micro powder in the calcination process[J]. Light Metals, 2003.

[3] Kinose, Yutaka .Preparation of stabilized red phosphorus fire retardantepoxy compositions for semiconductor device sealing[P]. JP 2002363385A2, 2002-12-18.

[4] Mabuchi,Toshiaki,et al. Production of mag-nesium hydroxide and aluminumhydroxide with silane surface coating[P].JP 2003034793 A2,2001-02-07.

[5] Kim Dee Woong. Preparation of high dispersion aluminum hydroxide.Journalof Dispersion Science and Technology, 2001, 38(3):267-273.

[6] Mabuchi, Toshiaki, et al. Production of magnesium hydroxide and aluminum hydroxide with silane surface coating[P].JP 2003034793 A2,2001-02-07.

[7] 劉昌華，廖海達，龍翔云. Sol-gel水熱偶合法制備納米A100H及其表征[J].西南師范大學學報, 2003, 28 (2): 263-266.

[8] 解修強, 佘希林, 袁芳,等. 表面活性劑在納米材料合成中的應用[J]. 微納電子技術, 2008, 45(8):453-457.

Effects of Dosage of Disperser on Synthesis of α-Al(OH)3

Yang Cong, He Bixin

（Wuhan Research of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

The α-Al(OH) nano-particles is prepared by chemical precipitation method from an aqueous solution of Al(NO3) and NH·HO under different dosages of PEG.FSEM and BET are used to characterize the samples. The results show that, the α-Al(OH) particle size first increases and then decreases with the dosage of PEG increased. The concentration of the aluminum nitrate solution is 0.1mol/L. The size of synthesized α-Al(OH)nano-particles reaches the minimum value of 100 when the dosage of PEG is 0.5 g, and the agglomeration of this α-Al(OH) sample is weak.

α-Al(OH); PEG disperser; morphology and particle size

TQ02

A

1003-4862（2017）03-0078-03

2017-01-15

楊聰（1992-），男，碩士。研究方向：化學工程。