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刘军霞，高金良，李东风，张吉瑞
摘要：以SB粉为原料、HNO3 为解胶剂成功地制备了稳定的γ-AlOOH 溶胶。考察了酸度、浓度、胶解温度和添加剂等因素对γ-AlOOH 溶胶的质点大小、粒径分布、稳定性及粘度等胶体性能的影响。实验结果表明，稳定γ-AlOOH 溶胶适宜的制备条件为: n (H+ ) / n (AlOOH) = 0108～011 ，SB质量分数小于7 % ，胶解温度大于80 ℃，制得γ2AlOOH 溶胶胶粒的平均粒径在18 nm 左右。
关键词：SB 粉；γ-AlOOH 溶胶；制备条件；表征
多孔陶瓷材料以其耐高温、抗氧化、耐腐蚀和耐磨损等优良特性而用作催化剂载体材料。但多孔陶瓷载体的比表面积小，必须对其表面涂层改性，增大其比表面积，这样有利于活性组分在载体表面达到高度分散，提高催化剂活性。
目前涂层制备的方法和原料有多种。常见的涂层材料主要有氧化铝、氧化硅和沸石等，其中活性氧化铝应用最为广泛。活性氧化铝涂层的前驱物AlOOH 溶胶的性质直接影响到涂层的质量，因此稳定单分散溶胶的制备十分关键。AlOOH 溶胶制备的原料主要有有机醇铝（丁醇铝,异丙醇铝）、无机铝盐（氯化铝、硝酸铝等）和金属铝、纳米氧化铝、拟薄水铝石和氢氧化铝乳胶单体等。其中以有机醇铝和无机铝盐为原料，采用溶胶—凝胶法(sol—gel 法) 制备AlOOH 溶胶的过程，成胶反应时间及制备时间长，反应过程和浓度不易控制，不易实现工业化生产；而纳米氧化铝浆涂层法需要先进的分散和混合技术才能制备出满足涂覆需要和理想的浆料；而以拟薄水铝石和氢氧化铝乳胶单体为原料，成胶时间短，制备过程容易控制，较易于定量化和工业化生产，是值得推广的方法。
SB 粉是一种超高纯的拟薄水铝石型的氢氧化铝，为德国Condea 公司生产的工业产品，本文对以SB 粉为原料、HNO3 为胶解剂制备AlOOH 溶胶过程进行了研究。
1．实验部分
将去离子水加热至设定温度，边搅拌边将称重后的SB 粉加入,回流搅拌1 h，,然后按一定比例加入硝酸胶溶剂使SB 粉胶溶，最后使胶体在回流搅拌6 h 后陈化过夜，加入添加剂，制得稳定的γ-AlOOH 溶胶，实验装置见图1 。
采用英国Malven 公司的Zetasizer 3000 HS 型激光粒度仪测定胶体质点的大小及粒度分布；Philips 公司的TECNAI20 型透射电子显微镜（TEM）测定胶体质点形状及大小；品氏毛细管粘度计以纯水的粘度为标准测定溶胶的粘度。
2．结果与讨论
2.1．酸度对AlOOH溶胶性能的影响
胶体的形成和稳定性主要取决于胶体质点双电层间的斥力及范德华引力。SB 粉在硝酸的作用下产生溶解—沉淀作用和液—固界面双电层作用；前者决定了AlOOH 溶胶的粒度分布，后者决定了AlOOH 溶胶的稳定性。SB 粉中加入HNO3 后H+吸附在粒子表面，NO3- 则分布在液相中，从而在粒子表面形成双电层。双电层使粒子间相互排斥，当排斥力大于粒子间吸引力时，聚集的粒子就分散成小粒子，形成溶胶。若酸度过高，即HNO3 的添加量不足，排斥力不能克服粒子间的吸引力，SB 粉就不能彻底胶溶，产生沉淀；相反，若酸度太低，即HNO3 的添加过量，胶粒表面的电荷密度增大，液相中NO3-的浓度亦增加，加大了溶液离子强度，这样反而会压缩双电层，溶胶发生聚集作用的程度也会随之增加。表1 列出了SB 粉质量分数为5 %，解胶温度为80 ℃的条件下，n（H+ ）/ n（AlOOH）对AlOOH 胶体的质点的大小和溶胶稳定性的影响。
从表1 可以看出，在相同浓度条件下，胶体的酸度对胶体质点的平均粒径和稳定性均有影响。酸度增加，SB 粉的溶解度提高。AlOOH 溶胶质点的大小随着酸度的降低先呈下降趋势，之后很快上升。当n（H+ ）/ n（AlOOH）< 0. 07 时，SB 粉不能完全胶溶，而当n（H+ ）/ n （AlOOH）> 011 时，溶胶在2 天后凝胶化。酸度对AlOOH 溶胶粒度分布的影响见图2 。当n（H+ ）/ n（AlOOH）= 0107 时，溶胶粒度分布最窄。从上述实验结果可知，利用SB 粉制备稳定的AlOOH 溶胶适宜的n（H+ ）/ n（AlOOH）的范围在0108～011之间。
2.2．SB粉浓度对AlOOH溶胶性能的影响
在n（H+ ）/ n（AlOOH）= 011 、胶解温度为80 ℃条件下，考察了SB 粉浓度对AlOOH 胶体的质点大小和溶胶稳定性的影响,结果见表2。
表2 结果表明，在一定的酸度和SB 质量分数范围内（ < 7 %）AlOOH 胶粒的粒径随SB 粉浓度变化不大，AlOOH 溶胶稳定；当SB 质量分数超出这一范围（> 7 %）时，AlOOH 胶粒的接触几率增加，缩聚增加,溶胶骨架的交联度变大，使得胶粒增大，胶凝时间变短。因此，在利用SB 粉制备AlOOH 溶胶时，SB 粉的质量分数应控制在7 %以下。
2.3．胶解温度对AlOOH溶胶性能的影响
SB 粉胶解温度不仅影响胶解产物的晶态，而且影响SB 分胶解的速率。在n（H+ ）/ n（AlOOH）=0. 1 、SB 粉质量分数5 %的条件下，考察了胶解温度对AlOOH 胶体的质点的大小和溶胶稳定性的影响。实验结果见表3 。
由表3 可见，胶解温度低于70 ℃时，SB 粉不能完全胶溶形成透明、稳定的溶胶；胶解温度70 ℃时，虽形成溶胶，但仍有微量的沉淀；胶解温度大于80 ℃时，形成的溶胶澄清透明，胶粒大小集中在10～30 nm（平均体积），稳定性好。这是由于胶解温度高于80 ℃时，SB 粉胶解产物为晶态的水铝石（AlOOH），在陈化过程中不会发生相变，因此，制得的溶胶稳定，胶粒小且外观澄清透明。而胶解低于80 ℃的产物为无定形的水铝石（AlOOH），在陈化过程中会向三水铝石转变，生成的大的三水铝石粒子不能被胶溶，部分产生沉淀，难以形成稳定的溶胶。
实验中发现，胶解温度提高，SB 粉的胶溶速率增加。这是因为SB 粉胶解是吸热反应，提高胶解温度会加快反应速率。虽然胶解温度的提高对胶解速率有影响，但升高到80 ℃以上时，影响已不显著。因此，SB 粉在HNO3 作用下胶解制备稳定的AlOOH 溶胶的温度宜取80 ℃。
2.4．酸度对AlOOH溶胶粘度的影响
在SB 粉质量分数5%、不加入添加剂的条件下，考察了n (H+ ) / n (AlOOH) 对AlOOH 胶体粘度的影响，实验结果见图3 。
由图3 可见，n（H+ ）/ n（AlOOH）在一定范围（小于0.1）内，胶体的粘度随其增加变化不大，稍呈上升趋势。但是当n（H+ ）/ n（AlOOH）大于0.15时，粘度迅速上升，胶体有胶凝化的趋势（2 天左右呈凝胶状）。随着酸度的进一步提高，粒子胶体质点解体，形成网络状胶体质点，如图4 所示。无规网络状的胶体质点，由于胶体质点间的交联作用，使胶体粘度大大增加。胶体质点网络化的另一个结果是凝胶的形成。由此可知，胶体的酸度决定了胶体质点的存在形态，而其质点的存在形态又决定了胶体粘度。反之，胶体粘度也反映了胶体质点的存在形态。
2.5．SB粉浓度对AlOOH溶胶粘度的影响
在n（H+ ）/ n（AlOOH） = 0.1 不加添加剂的条件下，考察了SB 粉浓度对AlOOH 胶体粘度的影响，实验结果见图5 。
从图5 可以看出，在酸度一定，AlOOH 胶体的粘度随SB 粉浓度的增加而增加，并在一定范围内与浓度呈线性关系。溶胶浓度增大后，由于布朗运动的作用，使胶团相互碰撞的次数增加，聚集成大颗粒的机会增多，增加了溶胶的粘度。在20 ℃时，SB 粉质量分数为9 %的溶胶胶凝，其动力粘度已无法测得。
2.6．添加剂含量对AlOOH溶胶粘度的影响
溶胶中加入适量的添加剂可以提高涂层的比表面积，改善涂层的孔径分布。在n（H+ ）/ n（AlOOH）=0.1 、SB 粉质量分数为5 %的条件下，考察了添加剂的加入量对AlOOH 胶体粘度的影响，实验结果如图6 所示。
从图6 可以看出，溶胶中加入添加剂后，增加了溶胶的粘度。添加剂质量分数大于3 %时，粘度随添加剂含量增加而急剧增加；当添加剂质量分数为6 %时，与不加添加剂的溶胶相比，粘度增加了15倍。当添加剂质量分数大于3 %时，溶胶在常温下失去流动性，胶凝。这主要是因为加入的添加剂均为高分子化合物，而高分子化合物无法将胶体颗粒表面完全覆盖，胶粒附着在高分子化合物上，发生敏化作用，使颗粒变大，溶胶的流动性变差或胶凝。
3．结 论
（1）采用SB 粉为原料、以硝酸作为解胶剂，成功地制备了稳定的AlOOH 溶胶。
（2）胶体的酸度、浓度及胶解温度对胶体质点大小、粒度分布、稳定性和粘度均有影响。胶体的酸度决定了胶体质点的存在形态，而其质点的存在形态又决定了胶体粘度。反之，胶体粘度也反映了胶体质点的存在形态。
（3）利用SB 粉制备AlOOH 溶胶适宜的工艺条件是：n（H+ ）/ n（AlOOH）= 0.08～0.1，SB 粉质量分数小于7 %，胶解温度大于80 ℃。
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