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超細(xì)高純γ-氧化鋁的制備方法

853   編輯:中冶有色技術(shù)網(wǎng)   來源:浙江愛科新材料有限公司  
2023-12-08 11:19:36
權(quán)利要求書: 1.一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其特征在于,所述制備方法包括以下步驟:S1異丙醇鋁制備:將金屬鋁和催化劑裝填入通道反應(yīng)器內(nèi),在所述通道反應(yīng)器的一端勻速連續(xù)通入異丙醇,在所述催化劑的作用下,連續(xù)合成反應(yīng),得到異丙醇鋁,所述異丙醇鋁經(jīng)過精餾操作后,塔底得到高純異丙醇鋁,塔頂?shù)玫降漠惐挤祷刂了鐾ǖ婪磻?yīng)器;

S2異丙醇鋁水解:將10~30份步驟S1得到的高純異丙醇鋁溶解在50~100份異丙醇里,然后以一定速度滴加到經(jīng)異丙醇稀釋后的去離子水中,經(jīng)水解、老化后,分層得到上清液和沉淀物,所述上清液返回用于去離子水的稀釋,所述沉淀物在70~80℃的烘箱中烘干,得到氧化鋁前驅(qū)體;

S3γ?氧化鋁制備:將步驟S2得到的氧化鋁前驅(qū)體200~300目過篩后,以無水乙醇為分散劑,進(jìn)行高速球磨,球磨8~12h后,70~80℃烘干,再研磨和200~300目篩網(wǎng)過篩,最后在

140~150℃的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng),即可制備得到γ?氧化鋁產(chǎn)品;

所述通道反應(yīng)器長徑比為20~30:1,所述通道反應(yīng)器內(nèi)沿反應(yīng)器長度方向設(shè)有多個微混合反應(yīng)區(qū);所述異丙醇在通道反應(yīng)器中的停留時間為60~90min;

所述微混合反應(yīng)區(qū)由弧形內(nèi)壁、前擋板、后擋板和通道反應(yīng)器本體構(gòu)成,所述弧形內(nèi)壁沿通道反應(yīng)器長度方向設(shè)置,前擋板和后檔板沿通道反應(yīng)器異丙醇原料的流動方向傾斜10~30度;金屬鋁加入口的水平位置高于異丙醇加入口的水平位置。

2.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其特征在于,所述反應(yīng)的引發(fā)溫度為40~50℃,反應(yīng)溫度為80~90℃。

3.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其特征在于,所述催化劑為異丙醇鋁和/或三正丙基鋁。

4.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其特征在于,所述金屬鋁、催化劑和異丙醇的質(zhì)量比為10:0.01~0.05:0.5~3。

5.如權(quán)利要求1所述的超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其特征在于,在步驟S2中,所述異丙醇與去離子水的體積比為10~20:1,所述滴加速度為10~50mL/min,滴加時間為30~

180min。

說明書: 一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及γ?氧化鋁制備的技術(shù)領(lǐng)域,具體的說涉及一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法。背景技術(shù)[0002] 氧化鋁是一種無機(jī)物,化學(xué)式Al2O3。是一種高硬度的化合物,熔點為2054℃,沸點為2980℃。Al2O3有許多同質(zhì)異晶體,已知的有10多種,主要有3種晶型,即α?Al2O3、β?Al2O3、γ?Al2O3。其中結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)也不同。γ型氧化鋁是一種多孔性物質(zhì),每克的內(nèi)表面積高達(dá)數(shù)百平方米,活性高吸附能力強(qiáng)。工業(yè)品常為無色或微帶粉紅的圓柱型顆粒,耐壓性好.在石油煉制和石油化工中是常用的吸附劑、催化劑和催化劑載體;在工業(yè)上是變壓器油、透平油的脫酸劑,還用于色層分析;在實驗室是中性強(qiáng)干燥劑。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外對超細(xì)高純氧化鋁粉末的需求量越來越大,對高純氧化鋁粉末的顆粒度、純度及均勻性提出了更高的要求。[0003] 鑒于此,亟需提供一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法。發(fā)明內(nèi)容[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,以解決現(xiàn)有γ型氧化鋁制備方法,其生產(chǎn)效率低,產(chǎn)物純度不高的問題。[0005] 為達(dá)到以上目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:[0006] 一種超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,所述制備方法包括以下步驟:[0007] S1異丙醇鋁制備:將金屬鋁和催化劑裝填入通道反應(yīng)器內(nèi),在所述通道反應(yīng)器的一端勻速連續(xù)通入異丙醇,在所述催化劑的作用下,連續(xù)合成反應(yīng),得到異丙醇鋁,所述異丙醇鋁經(jīng)過精餾操作后,塔底得到高純異丙醇鋁,塔頂?shù)玫降漠惐挤祷刂了鐾ǖ婪磻?yīng)器;高純異丙醇鋁的制備過程中,只需加入一次催化劑,即可實現(xiàn)高純異丙醇鋁的連續(xù)化生產(chǎn),通過在獨特結(jié)構(gòu)設(shè)計的通道反應(yīng)器中進(jìn)行連續(xù)化反應(yīng),不僅使得固液兩相接觸反應(yīng)充分,而且避免間歇式反應(yīng)頻繁添加物料,頻繁升降溫度導(dǎo)致的高能耗,以及雜質(zhì)的帶入。[0008] S2異丙醇鋁水解:將10~30份步驟S1得到的高純異丙醇鋁溶解在50~100份異丙醇里,然后以一定速度滴加到經(jīng)異丙醇稀釋后的去離子水中,經(jīng)水解、老化后,分層得到上清液和沉淀物,所述上清液返回用于去離子水的稀釋,所述沉淀物在70~80℃的烘箱中烘干,得到氧化鋁前驅(qū)體;[0009] S3γ?氧化鋁制備:將步驟S2得到的氧化鋁前驅(qū)體200~300目過篩后,以無水乙醇為分散劑,進(jìn)行高速球磨,球磨8~12h后,70~80℃烘干,再研磨和200~300目篩網(wǎng)過篩,最后在140~150℃的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng),即可制備得到γ?氧化鋁產(chǎn)品。[0010] 優(yōu)選地,所述通道反應(yīng)器長徑比為20~30:1,所述通道反應(yīng)器內(nèi)沿反應(yīng)器長度方向設(shè)有多個微混合反應(yīng)區(qū)。所述微混合反應(yīng)區(qū)由弧形內(nèi)壁、前擋板、后擋板和通道反應(yīng)器本體構(gòu)成,所述弧形內(nèi)壁沿通道反應(yīng)器長度方向設(shè)置,前擋板和后檔板沿通道反應(yīng)器異丙醇原料的流動方向傾斜10~30度。本發(fā)明的通道反應(yīng)器可使異丙醇和金屬鋁在微混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行湍流接觸碰撞,一方面延長了異丙醇在通道反應(yīng)器內(nèi)的停留時間,使其與金屬鋁反應(yīng)更加充分,另外一方面,增大了固液兩相的接觸面積,進(jìn)一步提高異丙醇鋁的反應(yīng)收率。[0011] 優(yōu)選地,所述反應(yīng)的引發(fā)溫度為40~50℃,反應(yīng)溫度為80~90℃。[0012] 優(yōu)選地,所述異丙醇在通道反應(yīng)器中的停留時間為60~90min。[0013] 優(yōu)選地,所述催化劑為異丙醇鋁和/或三正丙基鋁。[0014] 優(yōu)選地,所述金屬鋁、催化劑和異丙醇的質(zhì)量比為10:0.01~0.05:0.5~3。[0015] 優(yōu)選地,在步驟S2中,所述異丙醇與去離子水的體積比為10~20:1,所述滴加速度為10~50mL/min,滴加時間為30~180min。[0016] 所述精餾操作在精餾裝置內(nèi)進(jìn)行,塔底得到的異丙醇鋁還包括重金屬除雜處理操作。通過在通道反應(yīng)器中進(jìn)行異丙醇和金屬鋁的反應(yīng),制備得到高純的異丙醇鋁,通過精餾和除雜處理后,進(jìn)一步提高了產(chǎn)品的純度,得到純度大于99.99%的異丙醇鋁。[0017] 本發(fā)明的有益效果:[0018] 本發(fā)明超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,通過連續(xù)制備得到的高純異丙醇鋁為原料,經(jīng)過溫和的水解反應(yīng)和老化過程,得到氧化鋁前驅(qū)體,再經(jīng)過物理處理后,經(jīng)脫水反應(yīng)制得超細(xì)高純γ?氧化鋁。[0019] 本發(fā)明超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,無額外化合物添加,制備得到的物料純度高,原料異丙醇可循環(huán)利用,整個制備過程綠色無污染,能耗低,可批量制備高純異丙醇鋁原料及其水解產(chǎn)物γ?氧化鋁。[0020] 總的來說,本發(fā)明超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其工藝簡單、操作方便,反應(yīng)產(chǎn)物純度高,可滿足工業(yè)化生產(chǎn)和高性能要求。附圖說明[0021] 圖1為本發(fā)明高純異丙醇鋁原料的制備工藝流程圖;[0022] 圖2為圖1中A處的局部放大圖;[0023] 其中,通道反應(yīng)器1,緩沖罐2,隔膜泵3,精餾塔4,除雜設(shè)備5,不銹鋼篩網(wǎng)11,微混合反應(yīng)區(qū)12,列管式冷凝器41,再沸器42,異丙醇加入口101,金屬鋁加入口102,反應(yīng)產(chǎn)物出口103,導(dǎo)熱油進(jìn)口104,導(dǎo)熱油出口105。具體實施方式[0024] 以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。[0025] 實施例1[0026] 如圖1和圖2所示,本實施例超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其包括以下步驟:[0027] 首先,通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口向通道反應(yīng)器的微混合反應(yīng)區(qū)中注入10kg鋁粒,平均粒徑為5mm,所述通道反應(yīng)器的長徑比為20:1,接著通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口通入40g催化劑異丙醇鋁;然后加熱至50℃,以每小時1L的速率通過通道反應(yīng)器的異丙醇加入口泵入異丙醇,反應(yīng)5min后升溫至85℃在通道反應(yīng)器內(nèi)的微混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)回流反應(yīng),通入60min后通道反應(yīng)器反應(yīng)產(chǎn)物出口出現(xiàn)合格異丙醇鋁和異丙醇混合液。通過設(shè)置在通道反應(yīng)器外壁上的循環(huán)導(dǎo)熱油夾套及導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口,控制通道反應(yīng)器溫度。通道反應(yīng)器靠近異丙醇加入口一側(cè)還設(shè)有不銹鋼篩網(wǎng),以防止加入的金屬鋁從通道反應(yīng)器異丙醇加入口流出。[0028] 其次,將上述反應(yīng)產(chǎn)物收集在緩沖罐中,并通過隔膜泵泵入精餾塔進(jìn)行連續(xù)蒸餾操作,蒸除異丙醇,蒸餾溫度為90℃,塔頂?shù)玫?0~90℃異丙醇的輕餾分,經(jīng)過列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反應(yīng)器,塔底重餾分135~145℃異丙醇鋁,經(jīng)過再沸器循環(huán)操作后,得到高純異丙醇鋁。[0029] 取10份制備得到的高純異丙醇鋁溶解在50份異丙醇里,然后以一定速度滴加到經(jīng)異丙醇稀釋后的去離子水中,經(jīng)水解、老化后,分層得到上清液和沉淀物,所述上清液返回用于去離子水的稀釋,所述沉淀物在70℃的烘箱中烘干,得到氧化鋁前驅(qū)體;所述異丙醇與去離子水的體積比為10:1,所述滴加速度為10mL/min,滴加時間為180min。[0030] 再將得到的氧化鋁前驅(qū)體200目過篩后,以無水乙醇為分散劑,進(jìn)行高速球磨,球磨8h后,70℃烘干,再研磨和200目篩網(wǎng)過篩,最后在140℃的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng),即可制備得到γ?氧化鋁產(chǎn)品。[0031] 經(jīng)測試,本實施例制備得到的γ?氧化鋁微粒的平均粒徑為10.6nm,γ?氧化鋁純度為99.73%。[0032] 實施例2[0033] 本實施例超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其包括以下步驟:[0034] 首先,通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口向通道反應(yīng)器的微混合反應(yīng)區(qū)中注入10kg鋁粒,平均粒徑為5mm,所述通道反應(yīng)器的長徑比為25:1,接著通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口通入40g催化劑(異丙醇鋁或三正丙基鋁);然后加熱至50℃,以每小時1L的速率通過通道反應(yīng)器的異丙醇加入口泵入異丙醇,反應(yīng)5min后升溫至85℃在通道反應(yīng)器內(nèi)的微混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)回流反應(yīng),通入72min后通道反應(yīng)器反應(yīng)產(chǎn)物出口出現(xiàn)合格異丙醇鋁和異丙醇混合液。通過設(shè)置在通道反應(yīng)器外壁上的循環(huán)導(dǎo)熱油夾套及導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口,控制通道反應(yīng)器溫度。通道反應(yīng)器靠近異丙醇加入口一側(cè)還設(shè)有不銹鋼篩網(wǎng),以防止加入的金屬鋁從通道反應(yīng)器異丙醇加入口流出。[0035] 其次,將上述反應(yīng)產(chǎn)物收集在緩沖罐中,并通過隔膜泵泵入精餾塔進(jìn)行連續(xù)蒸餾操作,蒸除異丙醇,蒸餾溫度為90℃,塔頂?shù)玫?0~90℃異丙醇輕餾分,經(jīng)過列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反應(yīng)器,塔底重餾分135~145℃異丙醇鋁,經(jīng)過再沸器循環(huán)操作后通過除雜設(shè)備,得到高純異丙醇鋁。[0036] 取20份制備得到的高純異丙醇鋁溶解在80份異丙醇里,然后以一定速度滴加到經(jīng)異丙醇稀釋后的去離子水中,經(jīng)水解、老化后,分層得到上清液和沉淀物,所述上清液返回用于去離子水的稀釋,所述沉淀物在80℃的烘箱中烘干,得到氧化鋁前驅(qū)體;所述異丙醇與去離子水的體積比為15:1,所述滴加速度為30mL/min,滴加時間為100min。[0037] 再將得到的氧化鋁前驅(qū)體300目過篩后,以無水乙醇為分散劑,進(jìn)行高速球磨,球磨10h后,80℃烘干,再研磨和300目篩網(wǎng)過篩,最后在145℃的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng),即可制備得到γ?氧化鋁產(chǎn)品。[0038] 經(jīng)測試,本實施例制備得到的γ?氧化鋁微粒的平均粒徑為9.7nm,γ?氧化鋁純度為99.87%。[0039] 實施例3[0040] 本實施例超細(xì)高純γ?氧化鋁的制備方法,其包括以下步驟:[0041] 首先,通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口向通道反應(yīng)器的微混合反應(yīng)區(qū)中注入10kg鋁粒,平均粒徑為5mm,所述通道反應(yīng)器的長徑比為30:1,接著通過通道反應(yīng)器的金屬鋁加入口通入40g催化劑(異丙醇鋁或三正丙基鋁);然后加熱至50℃,以每小時1L的速率通過通道反應(yīng)器的異丙醇加入口泵入異丙醇,反應(yīng)5min后升溫至85℃在通道反應(yīng)器內(nèi)的微混合反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行連續(xù)回流反應(yīng),通入88min后通道反應(yīng)器反應(yīng)產(chǎn)物出口出現(xiàn)合格異丙醇鋁和異丙醇混合液。通過設(shè)置在通道反應(yīng)器外壁上的循環(huán)導(dǎo)熱油夾套及導(dǎo)熱油進(jìn)口和導(dǎo)熱油出口,控制通道反應(yīng)器溫度。通道反應(yīng)器靠近異丙醇加入口一側(cè)還設(shè)有不銹鋼篩網(wǎng),以防止加入的金屬鋁從通道反應(yīng)器異丙醇加入口流出。[0042] 其次,將上述反應(yīng)產(chǎn)物收集在緩沖罐中,并通過隔膜泵泵入精餾塔進(jìn)行連續(xù)蒸餾操作,蒸除異丙醇,蒸餾溫度為95℃,塔頂?shù)玫?0~90℃異丙醇輕餾分,經(jīng)過列管式冷凝器冷凝后收集并返回至通道反應(yīng)器,塔底重餾分135~145℃異丙醇鋁,經(jīng)過再沸器循環(huán)操作后通過除雜設(shè)備,得到高純異丙醇鋁。[0043] 取30份制備得到的高純異丙醇鋁溶解在100份異丙醇里,然后以一定速度滴加到經(jīng)異丙醇稀釋后的去離子水中,經(jīng)水解、老化后,分層得到上清液和沉淀物,所述上清液返回用于去離子水的稀釋,所述沉淀物在80℃的烘箱中烘干,得到氧化鋁前驅(qū)體;所述異丙醇與去離子水的體積比為20:1,所述滴加速度為50mL/min,滴加時間為30min。[0044] 再將得到的氧化鋁前驅(qū)體300目過篩后,以無水乙醇為分散劑,進(jìn)行高速球磨,球磨12h后,80℃烘干,再研磨和300目篩網(wǎng)過篩,最后在150℃的溫度下進(jìn)行脫水反應(yīng),即可制備得到γ?氧化鋁產(chǎn)品。[0045] 經(jīng)測試,本實施例制備得到的γ?氧化鋁微粒的平均粒徑為9.4nm,γ?氧化鋁純度為99.85%。[0046] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn),這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。



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“超細(xì)高純γ-氧化鋁的制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究,如用于商業(yè)用途,請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
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