氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)产品类型众多,五花(hua)八门,例(li)如市场上除了(le)常见一些氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)粉体等产品外(wai),还(hai)有软(ruan)水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)(shi)、勃(bo)姆石(shi)(shi)、湃铝(lv)(lv)石(shi)(shi)、薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)(shi)、拟(ni)薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)(shi)等等,刚入行(xing)或者了(le)解不深(shen)的(de)(de)人(ren)看到这些名称可能就和以前的(de)(de)小(xiao)编(bian)一样懵逼(bi),氧(yang)化(hua)铝(lv)(lv)还(hai)有这么多种?
其(qi)实它(ta)们都属(shu)于广大(da)的(de)“氧化(hua)铝家族”,除了常规的(de)氧化(hua)铝外,还有很多(duo)属(shu)于水合氧化(hua)铝的(de)类(lei)别,以下就跟着小编一起来了解一下吧~
水合氧化铝(lv)的(de)种类
水合(he)氧化(hua)铝(lv)可以简单理解为(wei)(wei)带有(you)结晶水的氧化(hua)铝(lv),通常用各(ge)种(zhong)水合(he)氧化(hua)铝(lv)煅烧失水而获(huo)得相(xiang)对(dui)应的氧化(hua)铝(lv)晶体,因此它是一类非常重要的氧化(hua)铝(lv)前驱体。水合(he)氧化(hua)铝(lv)的化(hua)学式(shi)为(wei)(wei)Al2O3·nH2O,可以分为晶体和凝胶(低结晶水合氧化(hua)铝)两(liang)大类,晶体的结晶度要比凝胶的好。
1. 晶体(ti)型(xing)
晶体(ti)根据(ju)本(ben)身结(jie)构中水分(fen)子(zi)数目的(de)多少可以被分为三水合氧(yang)化铝和一(yi)水合氧(yang)化铝。
三水合(he)氧(yang)化铝(lv)(又称氢氧(yang)化铝(lv))有(you)三种晶型(xing): α-Al2O3·3H2O(英文名称Gibbsite,又称三水铝(lv)石(shi)),β-Al2O3·3H2O(英(ying)文(wen)名(ming)称Bayerite,又称湃铝石),新β-Al2O3·3H2O(英文名称Nordshandite,又称诺水铝石)。
一水合(he)氧(yang)化(hua)铝(又称羟基(ji)氧(yang)化(hua)铝)有(you)两种晶(jing)型:γ-AlOOH(英文名称(cheng)Boehmite,又称(cheng)(cheng)薄水(shui)铝(lv)石、勃姆石或(huo)一水(shui)软铝(lv)石)和α-AlOOH(英文名称(cheng)(cheng)Diaspore,又称硬水铝石)。
2. 凝胶型
水(shui)合氧化(hua)铝凝胶结(jie)构(gou)中不能(neng)确定水(shui)分子数目,通常(chang)有以下两种:无定形胶(Amorphous)和胶型软铝石(也称拟薄水铝石pseudo-boehmite,简称PB)。
近几(ji)十年来,由于(yu)勃姆石(shi)和拟薄(bo)水铝石(shi)在(zai)国(guo)内外(wai)研(yan)究的比较多(duo),其性(xing)质具有代表性(xing),用途(tu)十分广(guang)泛,以(yi)下以(yi)这两种水合氧化铝(lv)为代表进行详(xiang)细介绍。
勃姆(mu)石和拟薄水铝石
1. 勃姆(mu)石
勃姆石(薄水(shui)铝石、一水(shui)软铝石)是一类结晶不完(wan)全的水合氧化铝,属于正交晶(jing)系(xi),具有(you)层状(zhuang)结构。在每单一(yi)结构(gou)层内,由许(xu)多AlO6八面(mian)(mian)体(ti)构(gou)成,氧(yang)(yang)离子以(yi)立方密堆积(ji)排列在八面(mian)(mian)体(ti)的顶点(dian),铝离子位(wei)于八面(mian)(mian)体(ti)的中央(yang)形成双层结(jie)(jie)构(gou),氢氧(yang)(yang)根位(wei)于层状结(jie)(jie)构(gou)的表面(mian)(mian)上,层与层之间(jian)由氢键连(lian)接在一起(qi)。
勃(bo)姆(mu)石(shi)的晶(jing)体(ti)结构
勃姆石(shi)的微观结构
勃姆石具(ju)有如下的(de)优点:比(bi)较(jiao)高的(de)零点电(dian)荷和界面自(zi)由能、比(bi)较(jiao)大(da)的(de)孔隙(xi)率和比(bi)表面积、比(bi)较(jiao)好的(de)分散(san)性和胶溶性能等,主要用作制(zhi)备γ-Al2O3的(de)原料,近(jin)几年(nian)在新能(neng)源锂(li)电(dian)池隔(ge)膜领域已成为应用(yong)热门。
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2. 拟(ni)薄水(shui)铝石
拟薄水(shui)铝(lv)(lv)石(假(jia)一水(shui)软铝(lv)(lv)石)是一类细小颗粒状的具有薄的褶皱片层(ceng)的(de)结晶不(bu)够完(wan)整的(de)水合氧化(hua)铝,其含水态为(wei)触变性凝胶(jiao),具(ju)有比较大的孔容和(he)比表面积等特(te)点。拟薄(bo)水(shui)铝(lv)石(shi)在(zai)400-700℃间(jian)焙烧一段时间(jian)后可(ke)以(yi)得到γ-Al2O3,而在1100-1200℃间煅烧却可以得纳米级α-Al2O3。
拟薄(bo)水铝(lv)石(shi)微观结构(gou)
拟薄水铝石(shi)和勃(bo)姆(mu)石(shi)具有相(xiang)似(si)的结构(gou),二者之(zhi)间并无截然的分(fen)界线,两(liang)者之(zhi)间主要有以下两(liang)点区别(bie)。一(yi)方面,两(liang)者晶粒(li)大小和结晶完整性不(bu)同,勃姆石的(de)晶粒更(geng)大,结晶更(geng)完整一些;另(ling)一方面,两(liang)者所含(han)水(shui)量不一样。拟薄水(shui)(shui)铝石中具有三种不同类型的(de)水(shui)(shui),即依靠(kao)范德(de)华(hua)力吸附在胶(jiao)体粒子表面的(de)表面吸附水(shui)(shui)、依靠(kao)氢(qing)键与胶(jiao)体粒子结合在一起的(de)层间结构水(shui)(shui)和(he)结合最为牢固(gu)的(de)结晶(jing)(jing)水(shui)(shui)。然而,勃姆石却只有层间结构水(shui)(shui)和(he)结晶(jing)(jing)水(shui)(shui),没有表面吸附水。因(yin)此,拟薄水铝石(shi)(shi)也(ye)被称为不完全脱水的勃姆石(shi)(shi),常被视(shi)为结晶性不佳的勃姆石(shi)(shi),正是由于以上(shang)的区别(bie),造成了二者在物(wu)理性质及应(ying)用上(shang)极(ji)大的差异(yi)。
通常,将平均(jun)晶粒(li)度(du)小于10nm的产物(wu)视为(wei)拟薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi),大于50nm的产物(wu)视为(wei)薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi),在(zai)10~50nm时,视为(wei)薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)与拟薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)的中(zhong)间产物(wu),也可以把中(zhong)间产物(wu)划(hua)为(wei)拟薄水(shui)铝(lv)(lv)石(shi)。
水(shui)合氧(yang)化铝(lv)的应(ying)用
1. 作为活性氧化铝的前驱体
活性氧(yang)化铝(如γ-Al2O3)具(ju)有(you)丰富的中(zhong)孔结构(gou)及相对活(huo)泼的化学性质,在(zai) 催化(hua)裂(lie)化(hua)(FCC)操(cao)作条件下,有很好的热和水热稳定性(xing),因(yin)此在(zai)催化(hua)剂中(zhong)添加活(huo)性(xing)氧化(hua)铝已成为(wei)改善基质活(huo)性(xing)常用的方(fang)法(fa)。
拟薄水铝(lv)(lv)石(shi)和薄水铝(lv)(lv)石(shi)均为活性氧化铝(lv)(lv)的前驱体(ti),在FCC催化剂中起着不同的作用。以酸化拟薄水铝石为黏结剂制备的催化剂具有孔(kong)结构好、重油裂化能力强(qiang)的优点;含薄水铝石的催化剂(ji)则(ze)具有(you)较好(hao)的抗重金属(shu)能(neng)力(li)。
活性氧化铝(lv)吸(xi)附剂/催化剂
2. 制(zhi)备阻燃剂
氢氧(yang)化铝(lv)(三水合氧(yang)化铝(lv))粉体因其(qi)具有(you)(you)填充、阻燃(ran)、消烟的功能且(qie)无毒无害,通常(chang)被视为塑料(liao)、不饱和聚酯、橡胶(jiao)和其(qi)他有(you)(you)机聚合物(wu)的一种(zhong)理想的阻燃(ran)剂填料(liao)。氢氧(yang)化铝(lv)的阻燃(ran)机理:当温度(du)超过200℃时,氢氧化铝开始吸热分解并释放三个结晶水,在250℃左右其分解率最大。
此反应为强吸热反应,从(cong)而抑(yi)制聚(ju)合物温(wen)度的升高,降低(di)其(qi)分解率,且(qie)只产生水蒸气,不会生成有(you)毒有(you)害气体(ti)。
阻燃塑(su)料
3. 制备(bei)氧化(hua)铝(lv)粉体/陶瓷
水合氧化铝经过高温煅烧可以获得α-Al2O3,具有较高的(de)热(re)化(hua)学稳(wen)定性(xing)、热(re)强度、抗蠕变性(xing)、介(jie)电性(xing)能(neng)及较低(di)的(de)热(re)膨胀系数,通常用(yong)来制备氧(yang)化(hua)铝陶瓷,也可以作(zuo)为功能(neng)添加剂,广(guang)泛(fan)应用(yong)于各行业。
在陶(tao)瓷(ci)合成过(guo)(guo)程中,氢氧(yang)化(hua)铝(lv)活化(hua)和控(kong)制(zhi)结晶(jing)过(guo)(guo)程,从而达到控(kong)制(zhi)复合材料的(de)(de)相形成。通过(guo)(guo)调(diao)控(kong)勃姆石前驱体(ti)的(de)(de)制(zhi)备(bei)(bei)工(gong)艺,可以实现(xian)对最终产物(wu)氧(yang)化(hua)铝(lv)的(de)(de)微(wei)观组织(zhi)与性能(neng)的(de)(de)控(kong)制(zhi),也成为制(zhi)备(bei)(bei)纳米氧(yang)化(hua)铝(lv)的(de)(de)研(yan)究热点之一。
氧化铝陶瓷
4. 作为(wei)催化剂/药物(wu)载体
水合(he)氧化(hua)铝由于(yu)通常结晶度不完整(zheng),会具有(you)一定的(de)孔(kong)隙率和(he)大(da)的(de)比(bi)(bi)较面积(ji),可以在制备(bei)过程中,通过控制反应物(wu)(wu)温度、浓度及(ji)pH等(deng)条件制备(bei)出(chu)不同比(bi)(bi)表面积(ji)、孔(kong)体(ti)(ti)积(ji)、孔(kong)结构(gou)及(ji)晶体(ti)(ti)结构(gou)的(de)目的(de)产物(wu)(wu),能(neng)有(you)效作(zuo)为(wei)催化(hua)剂载(zai)体(ti)(ti)应用于(yu)不饱和(he)羰(tang)基化(hua)合(he)物(wu)(wu)的(de)加氢、制备(bei)富(fu)勒(le)烯等(deng)。
由于(yu)无(wu)毒(du)无(wu)害,且能中和胃酸,也可作为药(yao)物(wu)载(zai)体(ti)将(jiang)抗原吸附(fu)在表面,让(rang)其缓慢释放,达到延长(zhang)药(yao)效的作用。
5. 作为锂电隔膜(mo)材料
纳米勃姆(mu)石(shi)的(de)(de)(de)众多特性(xing)(xing),使其(qi)在锂电隔(ge)膜的(de)(de)(de)行业应用中(zhong)独树一帜。优良的(de)(de)(de)导(dao)热(re)性(xing)(xing)和阻燃性(xing)(xing),可以有(you)效解决锂电池(chi)隔(ge)膜导(dao)热(re)的(de)(de)(de)问(wen)题,避免电池(chi)的(de)(de)(de)自燃甚至爆炸;良好的(de)(de)(de)疏水性(xing)(xing)则(ze)有(you)利于(yu)(yu)提高电池(chi)的(de)(de)(de)安全稳(wen)定(ding)性(xing)(xing);其(qi)硬度低,有(you)利于(yu)(yu)降低机械加工成(cheng)本。值得(de)一提的(de)(de)(de)是,勃姆(mu)石(shi)与(yu)有(you)机物的(de)(de)(de)相容性(xing)(xing)好,因此(ci)将勃姆(mu)石(shi)与(yu)有(you)机物共(gong)混,应用于(yu)(yu)锂电池(chi)隔(ge)膜材料已成(cheng)为热(re)点。
6. 其(qi)他应(ying)用
氢氧化铝在水中以 Al(OH)4-为主,可以将污水(shui)(shui)中的(de)有(you)毒重(zhong)金属通过共沉淀(dian)的(de)方法沉淀(dian)下来再经过滤达到净水(shui)(shui)的(de)效果,又因为有(you)很高的(de)比表(biao)面积(ji),可以将污水(shui)(shui)中的(de)胶体、悬浮固体、染(ran)料、有(you)机物等(deng)吸附在表(biao)面。
因为氢(qing)氧化铝能够大规(gui)模生产(chan),原料充(chong)足,产(chan)品纯度高(gao),且易溶于(yu)酸碱。因此氢(qing)氧化铝是制备铝(lv)盐的(de)重要原(yuan)料,如铝酸钡、硫酸铝等(deng)。
当拟薄(bo)水(shui)铝石作为黏结剂应用在催化剂的(de)成型(xing)工艺中时,可以提供具有高机械(xie)阻力(li)和较大粒(li)径的(de)催化剂,从而简化了其在填充式反应器(qi)中的(de)使用。拟薄(bo)水(shui)铝石也常用来制备γ-Al2O3涂(tu)(tu)层,可提高(gao)载体比表面积,有助于活性组分在载体中(zhong)有效均匀(yun)地分布,是目前(qian)最常用的涂(tu)(tu)层材料之一。
在(zai)制备磷铝(lv)(lv)分子筛和(he)杂原子磷铝(lv)(lv)系列分子筛时,在(zai)加(jia)入磷源和(he)铝(lv)(lv)源的(de)(de)时候(hou)最好同(tong)时加(jia)入氧(yang)(yang)源;另(ling)外,反应之前的(de)(de)混合物应该分散均匀,最好加(jia)入能够溶于酸性溶液(ye)的(de)(de)铝(lv)(lv)源。水(shui)合氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)不仅可以提供氧(yang)(yang)源,还可以使(shi)反应物混合均匀分散,因此通(tong)常优先选择水(shui)合氧(yang)(yang)化铝(lv)(lv)作为(wei)铝(lv)(lv)源。
总(zong)结
水合氧(yang)化铝原料来源广泛(fan),由于结(jie)晶水的(de)存在拥(yong)有(you)有(you)别于常规氧(yang)化铝的(de)结(jie)构,因此(ci)可满(man)足一些(xie)特殊功能(neng)需求,十分有(you)应用前景。目(mu)前行业内普(pu)遍(bian)关注的(de)是(shi)孔容、比(bi)表面积等性质,而勃姆石用于锂电隔(ge)膜领域(yu)追(zhui)求高(gao)纯超细粉体(ti)的(de)方向也值得关注,寻求更加高(gao)效、经济制备(bei)工艺(yi)至关重要,同时也不能(neng)忽视应用研(yan)究。
资料来源:
1. 水合氧(yang)化铝纳米微晶(jing)的制备及应用研究,温俊(jun)磊(华南理工大学(xue));
2. 氢氧化(hua)铝的(de)制(zhi)备方(fang)法及应用,王凌云、童东绅(shen)、祝军兵(bing)、俞卫华、周春晖(浙江工(gong)业(ye)大学(xue)化(hua)学(xue)工(gong)程(cheng)学(xue)院(yuan));
3. 纳米勃姆石粉(fen)体的(de)制备与应用研究进(jin)展,卢杨、郝春来(lai)、戴晨(chen)晨(chen)、王复栋(dong)、李(li)振、王晶(jing)(1. 营口理工学院材料科学与工程学院;2. 大连交通(tong)大学,辽宁省(sheng)无机超细粉(fen)体制备及应用重点实(shi)验(yan)室);
4. 拟薄水铝石(shi)的(de)制(zhi)备最新(xin)(xin)进展及其(qi)应用,杨晶铃(ling)、燕溪溪、刘震(zhen)、汪宏星、李(li)志豪、应思斌、王利军(1. 上海第二(er)工业大学能源与材料学院;2. 宁波聚才新(xin)(xin)材料科技有(you)限公司;3. 浙江(jiang)新(xin)(xin)化化工股份有(you)限公司;4.复旦(dan)大学聚合物分(fen)子(zi)工程国家(jia)重点实验室(shi))。
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