中國粉體網(wǎng)訊 納米勃姆石粉體作為一種重要的化工原料，由于具有低密度、大表面積、特殊的結(jié)構(gòu)和形貌等特性，使得其具有不同于大塊固體顆粒的特殊的物理和化學(xué)特性，因此制備不同形貌和結(jié)構(gòu)的勃姆石具有很大的研究價值。
1.勃姆石的制備方法
勃姆石是熱力學(xué)的亞穩(wěn)相，高溫下易脫水形成鋁的氧化物。目前勃姆石的合成方法眾多，主要包括溶膠 - 凝膠法、鋁醇鹽水解法、鋁直接水解法、水熱法。
1.1溶膠 - 凝膠法
溶膠-凝膠法是將含有高化學(xué)活性組分的前驅(qū)體原料混合均勻，再通過水解、縮合反應(yīng)，形成透明的溶膠，溶膠再經(jīng)聚合，成為具有一定空間結(jié)構(gòu)的凝膠，再通過熱處理得到所需的納米勃姆石粒子。
溶膠-凝膠法是熱門的研究方法之一，仍處于研究開發(fā)階段。溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)物純度高，粒度小，適用于制備納米級勃姆石。缺點(diǎn)是過程較復(fù)雜，反應(yīng)時間長，生產(chǎn)成本高，工業(yè)化難度較大。
1.2鋁醇鹽水解法
醇鹽水解法的原料是鋁和醇，在催化劑條件下先制備出鋁醇鹽，鋁醇鹽經(jīng)過提純后，高純鋁醇鹽再經(jīng)水解便可得到勃姆石產(chǎn)物。嚴(yán)格控制水解的工藝條件是醇鹽水解法的關(guān)鍵。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是過程具有提純性，對環(huán)境無污染，醇可循環(huán)使用。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，該方法易出現(xiàn)微觀粒子的團(tuán)聚現(xiàn)象，所以需要利用球磨、振動磨等機(jī)械手段予以消除，增加了制備工藝的步驟與生產(chǎn)成本。
1.3鋁直接水解法
鋁直接水解法是使用單質(zhì)鋁與去離子水發(fā)生水解反應(yīng)制備高純勃姆石粉體。通常單質(zhì)鋁與水很難發(fā)生水解反應(yīng)，所以該方法需要對單質(zhì)鋁進(jìn)行活化，使其具有較高的化學(xué)活性及表面能，進(jìn)而發(fā)生水解反應(yīng)。
目前國內(nèi)有一些企業(yè)采用鋁直接水解法，優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品的結(jié)晶度較好，反應(yīng)過程所需時間較短，成本相對較低，對環(huán)境友好。但也存在工藝過程的條件較難控制，納米級粉體的微觀形貌團(tuán)聚嚴(yán)重等缺點(diǎn)。
1.4水熱法
水熱法是將反應(yīng)物置于高溫、高壓的反應(yīng)釜中進(jìn)行溶解和再結(jié)晶后，經(jīng)分離、洗滌、干燥等工藝，制備得到粉體。如今水熱法制備納米勃姆石的發(fā)展迅速，其產(chǎn)物因純度高、微觀結(jié)構(gòu)和形貌尺寸可控等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。
水熱法在調(diào)控納米勃姆石的微觀形貌與微納米尺寸方面表現(xiàn)出優(yōu)勢，其操作簡單，對環(huán)境友好，被譽(yù)為綠色合成道路上最有前途的方法。目前，水熱法制備納米勃姆石粉體已經(jīng)取得了一些研究成果，但是國內(nèi)外的報道幾乎都是以價格較高的鋁鹽或鋁醇鹽為原料，原料成本較高，使得該方法在產(chǎn)業(yè)化過程中的進(jìn)展緩慢。
2.不同形貌的納米勃姆石的制備
2.1零維納米勃姆石
納米顆粒是指納米量級的微觀顆粒，被定義為至少在一個維度上小于100nm的顆粒，是一種重要的零維納米材料。普通水熱法合成的勃姆石粒徑范圍在60-80nm，而引進(jìn)聚丙烯酸鈉后合成的納米粒子粒徑在15-40nm之間。在沒有采用任何添加劑的情況下對異丙醇鋁進(jìn)行水熱反應(yīng)，能夠制備出規(guī)則血小板狀的勃姆石納米粒子，粒徑在30-80nm之間。
超臨界水熱合成法是一種獨(dú)特的方法，合成出的納米晶體形貌可以得到控制，采用該方法，在溶劑中添加CH3（CH2）4CHO或CH3(CH2)5NH2作為表面修飾劑，能夠合成粒徑分布較窄的勃姆石納米粒子。
2.2一維納米勃姆石
2.2.1納米纖維
向含有勃姆石和聚環(huán)氧乙烷混合物的水熱釜中以固定時間間隔間歇性地加入新鮮含鋁水合物（主要含有氫氧化鋁），結(jié)果發(fā)現(xiàn)勃姆石納米纖維長度由原來的40-50nm增長至100nm。表面活性劑聚環(huán)氧乙烷分子在納米纖維的生長上起了重要作用，它與鋁水化合物表面形成了氫鍵，引導(dǎo)了鋁水化合物的組裝排列，同時納米纖維的結(jié)晶度也有了提高。
2.2.2納米棒
以AlCL3和NH3OH為起始反應(yīng)物，H2SO4為形貌控制劑，經(jīng)過水熱反應(yīng)后形成了沿著特定方向生長的勃姆石納米棒。在水熱反應(yīng)液中添加硫酸鹽進(jìn)行水熱反應(yīng)，制備出長度為50-200nm、直徑為6-20nm的勃姆石纖維。
2.2.3納米管
向NaAlO2溶液中添加表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨進(jìn)行水熱反應(yīng)，合成出長度為30-70nm，外徑為5-6nm的勃姆石納米管。或以聚環(huán)氧乙烷為模板劑，通過水熱反應(yīng)在100℃時合成出長達(dá)170nm，內(nèi)徑和外徑分別為2-5nm、3-7nm的勃姆石納米管。
2.2.4納米帶
采用“分子裁剪薄片”法，把金屬薄片和琥珀酸二異辛酯磺酸鈉一起放入水熱反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，然后從經(jīng)過清洗干燥后的金屬薄片刮下最終的產(chǎn)物，產(chǎn)物為10nm寬的勃姆石單晶納米帶。
2.3二維納米勃姆石
2.3.1納米片
通過晶種誘導(dǎo)法，即先在干凈的玻璃滑片上沉積一層勃姆石溶液薄膜，然后將玻璃滑片和NaAlO2及尿素溶液一起進(jìn)行水熱反應(yīng)，最后可制得勃姆石納米片。
2.3.2六角形片狀勃姆石納米片
將一定濃度的Al（NO3）3和NaOH溶液按照一定的比例混合均勻，調(diào)節(jié)混合液pH=9.2，經(jīng)過水熱反應(yīng)一段時間后，可制備出準(zhǔn)六角形片狀勃姆石。
2.3.3門簾狀勃姆石納米片
采用無模板兩步水熱法，即第一步時Al（SO4）3 ·18H2O和H2SO4以及六亞甲基四胺形成混合液，在油浴加熱的條件下進(jìn)行充分?jǐn)嚢栊纬沙恋砗蛻腋∫海诙綍r對第一步生成的沉淀和懸浮液進(jìn)行水熱反應(yīng)，經(jīng)過兩步反應(yīng)最終得到了變皺的門簾狀勃姆石納米片。
2.4特殊形貌勃姆石
2.4.1花狀勃姆石
通過離子液體輔助水熱法，即以離子液體氯化1-辛基-3-甲基咪唑作為模板劑，對AlCl 3· 6H2O、尿素、蒸餾水和離子液體按一定比例組成的混合液進(jìn)行水熱反應(yīng)。隨著離子液體劑量的增多，勃姆石的形貌由初始的束狀納米片發(fā)展演變成最終形貌規(guī)整的花狀結(jié)構(gòu)。
2.4.2空心球狀勃姆石
先配制Al（NO3）3·9H2O、蒸餾水和丙酮的均勻混合液，再加入檸檬酸鈉進(jìn)行水熱反應(yīng)，所制備的空心球狀勃姆石由排列整齊的納米線組成。當(dāng)在200℃水熱反應(yīng)24h時，得到的是核殼狀勃姆石；當(dāng)在200℃水熱反應(yīng)48h時，得到的是空心球勃姆石。
參考文獻(xiàn)：
【1】盧楊，等. 納米勃姆石粉體的制備與應(yīng)用研究進(jìn)展. 2020.
【2】 陳仕林. 勃姆石_聚丙烯腈復(fù)合納米纖維隔膜的制備及其性能研究. 2019.
【3】 張玉梅，等. 勃姆石改性UHMWPE鋰電池隔膜性能的研究. 2020.
【4】 張銘. 透明超疏水勃姆石薄膜的制備及性能研究. 2020.
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