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高金良，刘军霞，张德权，李东风，张吉瑞
摘要：采用高灵敏度纳米粒度分析仪，对以SB粉为原料，HNO3为解胶剂制备的γ—AlOOH溶胶粒径分布进行了研究。考察了酸度、浓度、胶解温度对AlOOH溶胶的质点大小、粒径分布和稳定性的影响。结果表明，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，溶胶粒度分布最窄；胶体的酸度决定了胶体质点的存在形态，在n（H+）：n（AlOOH）H=0.08～0.1时，AlOOH溶胶稳定；SB粉的质量分数 <7%，AlOOH胶粒的粒径随SB粉的质量分数变化不大，AlOOH溶胶稳定，SB粉的质量分数对溶胶的粒度分布影响不明显；在温度高于80℃时，SB粉在HNO3的作用下胶解稳定的AlOOH溶胶粒度分布窄，性质稳定。
关键词：SB粉，AlOOH溶胶，粒度分布，稳定性
孔陶瓷以其耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等优良特性，在用作催化剂载体中有广阔的应用前景。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，其中活性氧化铝以它独特的性能应用最为广泛。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，稳定单分散溶胶的制备是十分关键的。笔者采用动态光散射（DynamicLightScattering，即DLS）技术对以SB粉为原料，HNO3为解胶剂制备的γ—AlOOH溶胶的粒径分布进行了研究，考察了酸度、浓度、胶解温度等因素对γ—AlOOH溶胶的质点大小、粒径分布和稳定性的影响。
1．试验方法
1.1．试验试剂
SB粉（一种超高纯的拟薄水铝石型的氢氧化铝）：:德国Condea公司生产，抚顺石油二厂提供；硝酸：分析纯；去离子水。
1.2．AlOOH溶胶的制备
将去离子水加热至设定温度，边搅拌边将称重后的SB粉加入其中，加完后回流搅拌1h，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下6h后陈化过夜，在不同胶解温度下，制得不同浓度、不同酸度的稳定的γ—AlOOH溶胶。
1.3．分析方法
1.3.1．动态光散射DLS粒度分析
DLS技术是借助光子相关原理检测因布朗运动及Doppler效应产生的散射光的微小频移而得到散射质点动态行为信息的技术。采用基于此原理制造的英国Malven公司的 Zatasizer3000HSV1.4型高灵敏度纳米粒度分析仪测定γ—AlOOH溶胶胶粒的粒度分布。分析条件如下：7132 型光子相关器，功率为10mW的He2Ne 光源，波长 633nm,散射角度为90°，测定温度为25℃。
1.3.2．透射电镜子TEM观测
用PHILIPS公司TECNAI20型透射电子显微镜 TEM 测定胶体质点形状及大小。
2．结果与讨论
2.1．酸度[以n（H+）：n（AlOOH）]表示对AlOOH溶胶质点的大小和稳定性的影响。
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粉在硝酸的作用下发生两种作用，即溶解—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；向SB粉中加入HNO3，H吸附在粒子表面，NO3则分布在液相，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HNO的添加过量，胶粒表面的电荷密度增大，液相中NO3的浓度也增加，溶液离子强度增加，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粉的质量分数为5%，胶解温度为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SB粉的质量分数相同条件下，胶体的酸度对胶体质点的平均粒径和稳定性均有影响。酸度降低，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）>0.1 时，溶胶在2天后凝胶化。胶体的酸度不同，溶胶的粒度分布也不同，酸度对AlOOH溶胶粒度分布的影响见图1。当n（H+）：n（AlOOH）=0.07，溶胶粒度分布最窄。
加入足够的硝酸使SB粉胶溶时勃姆石晶体转变成Al—O为配位中心，水配位的正八面体配位结构。AlOOH胶体酸度不同，胶粒存在的形态不同，由图2中的TEM照片可以看出，n（H+）：n（AlOOH）在一定范围（小于0.1）内，配位八面体以顶角或棱相互连接，形成椭球形粒状结构，见图2（a），当酸度进一步降低时，这种对称性较高的胶体质点转变成对称性较低、类似高分子结构的胶体质点，见图2（b）；酸度继续降低，粒子胶体质点解体，形成网络状胶体质点，见图2（c）、（d）。由于胶体质点的交联作用，导致胶体粘度大大增加，或凝胶的形成。
2.2．SB粉质量分数对AlOOH溶胶质点大小、粒度分布和稳定性的影响
在n（H+）：n（AlOOH）=0.1，胶解温度为80℃的条件下，考察了SB粉的质量分数对AlOOH胶体的质点大小和溶胶稳定性的影响，结果见表2。
表2中的结果表明，酸度一定时，SB粉的质量分数在一定的范围内（<7%），AlOOH胶粒的粒径随SB粉的质量分数变化不大，AlOOH 溶胶稳定。当SB的质量分数超出这一范围（>7%）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。
SB粉的质量分数对AlOOH溶胶粒度分布的影响见图3。在SB粉的质量分数低于7%,对溶胶的粒度分布影响不明显，但超过此值，由于AlOOH胶粒的接触几率增加，粒度分布变宽。
2.3．胶解温度对AlOOH溶胶质点大小和稳定性的影响
胶解温度一方面影响SB粉胶解产物的晶态，另一方面影响SB粉胶解的速率。在n（H+）：n（AlOOH）=0.1，SB粉=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。
从表3可以看出胶解温度低于70℃，SB粉不能完全胶溶形成透明、稳定溶胶;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℃形成的溶胶澄清透明，胶粒大小集中在10～30nm（体积平均），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一水铝石（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℃的产物为无定形的一水铝石（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，因而有部分沉淀产生，难以形成稳定的溶胶。
实验中发现，胶解温度提高，SB粉的胶溶速度增加，这是因为SB粉胶解是吸热反应，故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，因此在温度高于80℃时，SB粉在HNO3作用下胶解稳定的AlOOH溶胶粒度分布窄，性质稳定。
3．结论
1、胶体的酸度对胶体质点的平均粒径和稳定性均有影响。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。胶体的酸度不同，溶胶的粒度分布也不同，当n（H+）：n（AlOOH）=0.07，溶胶粒度分布最窄，胶体的酸度决定了胶体质点的存在形态；酸度降低，SB粉的溶解度提高，在n（H+）：n（AlOOH）=0.08～0.1时，AlOOH溶胶稳定；
2、SB粉的质量分数在一定范围内（<7%），AlOOH胶粒的粒径随SB粉的质量分数变化不大，AlOOH溶胶稳定，SB粉的质量分数对溶胶的粒度分布影响不明显。当SB质量分数超出这一范围（>7%），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，粒度分布变宽；
3、胶解温度提高，SB粉胶解速率增大，AlOOH溶胶的稳定性增加，在温度高于80℃时，SB粉在HNO3作用下胶解稳定的AlOOH溶胶粒度分布窄，性质稳定。
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