水热反应釜怎么打开(一文了解不同形貌纳米勃姆石的制备方法)

Posted 2023-05-30

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水热反应釜怎么打开(一文了解不同形貌纳米勃姆石的制备方法)

纳米勃姆石粉体作为一种重要的化工原料，由于具有低密度、大表面积、特殊的结构和形貌等特性，使得其具有不同于大块固体颗粒的特殊的物理和化学特性，因此制备不同形貌和结构的勃姆石具有很大的研究价值。

1.勃姆石的制备方法

勃姆石是热力学的亚稳相，高温下易脱水形成铝的氧化物。目前勃姆石的合成方法众多，主要包括溶胶 - 凝胶法、铝醇盐水解法、铝直接水解法、水热法。

1.1溶胶 - 凝胶法

溶胶-凝胶法是将含有高化学活性组分的前驱体原料混合均匀，再通过水解、缩合反应，形成透明的溶胶，溶胶再经聚合，成为具有一定空间结构的凝胶，再通过热处理得到所需的纳米勃姆石粒子。

溶胶-凝胶法是热门的研究方法之一，仍处于研究开发阶段。溶胶-凝胶法的优点是产物纯度高，粒度小，适用于制备纳米级勃姆石。缺点是过程较复杂，反应时间长，生产成本高，工业化难度较大。

1.2铝醇盐水解法

醇盐水解法的原料是铝和醇，在催化剂条件下先制备出铝醇盐，铝醇盐经过提纯后，高纯铝醇盐再经水解便可得到勃姆石产物。严格控制水解的工艺条件是醇盐水解法的关键。

该方法的优点是过程具有提纯性，对环境无污染，醇可循环使用。但在实际生产过程中，该方法易出现微观粒子的团聚现象，所以需要利用球磨、振动磨等机械手段予以消除，增加了制备工艺的步骤与生产成本。

1.3铝直接水解法

铝直接水解法是使用单质铝与去离子水发生水解反应制备高纯勃姆石粉体。通常单质铝与水很难发生水解反应，所以该方法需要对单质铝进行活化，使其具有较高的化学活性及表面能，进而发生水解反应。

目前国内有一些企业采用铝直接水解法，优点是产品的结晶度较好，反应过程所需时间较短，成本相对较低，对环境友好。但也存在工艺过程的条件较难控制，纳米级粉体的微观形貌团聚严重等缺点。

1.4水热法

水热法是将反应物置于高温、高压的反应釜中进行溶解和再结晶后，经分离、洗涤、干燥等工艺，制备得到粉体。如今水热法制备纳米勃姆石的发展迅速，其产物因纯度高、微观结构和形貌尺寸可控等优点而备受关注。

水热法在调控纳米勃姆石的微观形貌与微纳米尺寸方面表现出优势，其操作简单，对环境友好，被誉为绿色合成道路上最有前途的方法。目前，水热法制备纳米勃姆石粉体已经取得了一些研究成果，但是国内外的报道几乎都是以价格较高的铝盐或铝醇盐为原料，原料成本较高，使得该方法在产业化过程中的进展缓慢。

2.不同形貌的纳米勃姆石的制备

2.1零维纳米勃姆石

纳米颗粒是指纳米量级的微观颗粒，被定义为至少在一个维度上小于100nm的颗粒，是一种重要的零维纳米材料。普通水热法合成的勃姆石粒径范围在60-80nm，而引进聚丙烯酸钠后合成的纳米粒子粒径在15-40nm之间。在没有采用任何添加剂的情况下对异丙醇铝进行水热反应，能够制备出规则血小板状的勃姆石纳米粒子，粒径在30-80nm之间。

超临界水热合成法是一种独特的方法，合成出的纳米晶体形貌可以得到控制，采用该方法，在溶剂中添加CH3（CH2）4CHO或CH3(CH2)5NH2作为表面修饰剂，能够合成粒径分布较窄的勃姆石纳米粒子。

2.2一维纳米勃姆石

2.2.1纳米纤维

向含有勃姆石和聚环氧乙烷混合物的水热釜中以固定时间间隔间歇性地加入新鲜含铝水合物（主要含有氢氧化铝），结果发现勃姆石纳米纤维长度由原来的40-50nm增长至100nm。表面活性剂聚环氧乙烷分子在纳米纤维的生长上起了重要作用，它与铝水化合物表面形成了氢键，引导了铝水化合物的组装排列，同时纳米纤维的结晶度也有了提高。

2.2.2纳米棒

以AlCL3和NH3OH为起始反应物，H2SO4为形貌控制剂，经过水热反应后形成了沿着特定方向生长的勃姆石纳米棒。在水热反应液中添加硫酸盐进行水热反应，制备出长度为50-200nm、直径为6-20nm的勃姆石纤维。

2.2.3纳米管

向NaAlO2溶液中添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵进行水热反应，合成出长度为30-70nm，外径为5-6nm的勃姆石纳米管。或以聚环氧乙烷为模板剂，通过水热反应在100℃时合成出长达170nm，内径和外径分别为2-5nm、3-7nm的勃姆石纳米管。

2.2.4纳米带

采用“分子裁剪薄片”法，把金属薄片和琥珀酸二异辛酯磺酸钠一起放入水热反应釜中进行反应，然后从经过清洗干燥后的金属薄片刮下最终的产物，产物为10nm宽的勃姆石单晶纳米带。

2.3二维纳米勃姆石

2.3.1纳米片

通过晶种诱导法，即先在干净的玻璃滑片上沉积一层勃姆石溶液薄膜，然后将玻璃滑片和NaAlO2及尿素溶液一起进行水热反应，最后可制得勃姆石纳米片。

2.3.2六角形片状勃姆石纳米片

将一定浓度的Al（NO3）3和NaOH溶液按照一定的比例混合均匀，调节混合液pH=9.2，经过水热反应一段时间后，可制备出准六角形片状勃姆石。

2.3.3门帘状勃姆石纳米片

采用无模板两步水热法，即第一步时Al（SO4）3 ·18H2O和H2SO4以及六亚甲基四胺形成混合液，在油浴加热的条件下进行充分搅拌形成沉淀和悬浮液，第二步时对第一步生成的沉淀和悬浮液进行水热反应，经过两步反应最终得到了变皱的门帘状勃姆石纳米片。

2.4特殊形貌勃姆石

2.4.1花状勃姆石

通过离子液体辅助水热法，即以离子液体氯化1-辛基-3-甲基咪唑作为模板剂，对AlCl 3· 6H2O、尿素、蒸馏水和离子液体按一定比例组成的混合液进行水热反应。随着离子液体剂量的增多，勃姆石的形貌由初始的束状纳米片发展演变成最终形貌规整的花状结构。

2.4.2空心球状勃姆石

先配制Al（NO3）3·9H2O、蒸馏水和丙酮的均匀混合液，再加入柠檬酸钠进行水热反应，所制备的空心球状勃姆石由排列整齐的纳米线组成。当在200℃水热反应24h时，得到的是核壳状勃姆石；当在200℃水热反应48h时，得到的是空心球勃姆石。

参考文献：

【1】卢杨，等. 纳米勃姆石粉体的制备与应用研究进展. 2020.

【2】陈仕林. 勃姆石_聚丙烯腈复合纳米纤维隔膜的制备及其性能研究. 2019.

【3】张玉梅，等. 勃姆石改性UHMWPE锂电池隔膜性能的研究. 2020.

【4】张铭. 透明超疏水勃姆石薄膜的制备及性能研究. 2020.