分散剂对纳米氢氧化铝制备的影响

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1、万方数据第36卷第1期2009正北京化工大学学报(自然科学版)JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)V01．36．No．12009分散剂对纳米氢氧化铝制备的影响李红郭奋’梁磊刘艳陈建峰(北京化工大学教育部超重力工程研究中心．北京100029)摘要：考察了在纳米氢氧化铝(ATH)的制备中分散剂对其收率及对纳米粒子团聚、粒度和形貌的影响。结果表明分散剂的加入使碳分反应液黏度下降，反应传质得到强化，碳分时间缩短，收率从9．4％提高到40％。TEM照片显

2、示得到的纳米ATH粒度均匀。为分散良好的规则六角片状，约100rim×10nm。关键词：纳米氢氧化铝；分散剂；非牛顿流体；传质；团聚中图分类号：TQllO．3引言子团聚、粒度和形貌的影响。在碳分制备纳米氢氧化铝(ATH)过程中，控制纳米ATH的粒度比较困难，这不仅因为偏铝酸钠溶液的复杂性⋯，也由于碳分过程的复杂性。研究表明在反应中对粒度影响最大的不是晶体自身生长过程，而是不可逆附聚一胶结一团聚过程[1-3】，所以碳分制备纳米ATH必须控制该过程。研究者通过流变等方法【4。5J表征ATH颗粒的相互作用，从而认识到黏度是影响团聚的重要

3、原因【6】。黏度升高显著影响液相的混合和传质过程，导致反应速度下降，副产物增加，收率降低，同时也限制了反应物浓度的提高【7。9J。在液相制备纳米材料的反应中，由于产物巨大的比表面积，导致液相黏度急剧升高，成为液相反应制备纳米材料的一个障碍[10]。采用增强搅拌和利用填料增加传质面积等方法[11]可以提高微观混合程度。但搅拌功率不可能无限制提高，且在黏度升高的情况下，提高雷诺数的作用逐渐减弱【12

4、。因此降低液相黏度是更加有效的强化传质的思路。在超细粉体的改性和应用中，分散剂普遍被用来降低悬浮液黏度，稳定悬浮液[13】。本文通过在碳

5、分反应中使用分散剂，降低了悬浮液黏度，强化传质，提高了收率，同时考察了分散剂的加入对纳米粒收稿日期：2008—04．02基金项目：国家“863”计划(2002AA302605)第一作者：女，1983年生，硕士生*通讯联系人E-mail：guof@mail．buct．edu．cn1实验部分1．1实验原料氢氧化钠，氢氧化铝，分析纯，北京化学试剂公司；二氧化碳气体，北京绿氧天罡特种气体开发有限公司；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，厦门市先端科技有限公司；orotan731A，Rohm&Hass。1．2碳分的制备NaOH与m(0H)3(

6、物质的量比1．3)沸煮得偏铝酸钠(sA)溶液，3层滤纸过滤至清亮后备用。碳分反应温度20℃，pH值终点12左右，C02流量0．06～0．4m3／h，铝酸钠溶液浓度1～4mol／L。分散剂参与的碳分反应工艺条件同于空白碳分，但在反应出现沉淀后逐步加入分散剂(相对于固体含量10％)。1．3表征方法通过日本Jeol4000电子显微镜观察纳米粒子的大小和形貌。采用BrookfieldDV—m+可编程流变仪(使用48转子，样品用Griffin烧杯盛装，内径8．25cm)测试悬浮液流变曲线。2结果与讨论2．1空白碳分制备纳米ATH的形貌和流变

7、性质空白碳分获得的ATH电镜照片见图1，由图1(a)可见ATH粉体的宏观分散一般，二次粒子500nm左右。由图1(b)可见粒子为片状，单个粒度为200rim×20nm，粒度不均匀，重叠薄片拟薄水铝石的数量很多。由于碳分氧化铝水合物的晶型受反应pH控制，拟薄水铝石的出现说明反应局部的pH低万方数据北京化工大学学报(自然科学版)2009焦于11。这表明黏度升高不仅使微观混合恶化，甚至还使宏观混合受到影响，流体流动可能由湍流向过渡流甚至层流转化，导致气体不能快速分散到液相中，反应器内局部C02过剩，出现副产物。(b)图1空白碳分ATH电

8、镜照片Fig．1TEMphotographsofATHpowderpreparedbycarbonization碳分反应后固含量为9．4％悬浮液的流变曲线见图2，表现为胀流型非牛顿流体，触变性不明显。不同剪切速率下黏度变化说明ATH粒子形成了网络结构【6]，本质是粒子表面富含的羟基发生联结或羟基化联结。随着剪切流动的进行，结构很快被破坏，表观黏度急剧下降，最终接近400mPa．s’黏度很高。碳分反应速率受二氧化碳传质速率的控制。而y／s1图2剪切速率5～50s。1的悬浮液流变曲线Fig．2Floweurvesatshearrate

9、sfrom5to50S一1●1悬浮液黏度的提高可显著影响二氧化碳传质，导致反应速度下降。而且，在液相制备纳米材料的反应中，黏度对于粒子团聚、粒度和形貌有很大的影响【14

10、。碳分反应中发生的不可逆附聚一胶结一团聚过程对ATH粒度的影响最大，而控制这一