铝酸锌的主要制备方法

背景及概述^[1-2]

铝酸锌为天然矿物称“锌尖晶石”。化学式ZnAl2O4。分子量183.33。立方系晶体。相对密度4.58。不溶于水、酸，微溶于碱。铝酸锌由硫酸锌溶液与铝酸钠溶液作用而得。铝酸锌作为催化剂和活性物质载体主要应用于合成、异构化反应、脱氢反应、吸附等。催化剂的催化活性依赖于反应物与催化剂之间的有效接触。一些重要的因素如催化剂的尺寸分布、显微形态和比表面积都会影响反应物与催化活性点之间的接触，继而影响其催化活性。因此一般要求催化剂具有高的比表面积和孔隙结构。高的比表面积和高孔隙率会加强催化剂的反应。铝酸锌粉体的制备方法包括固相反应法、溶胶-凝胶法、燃烧法和水热法等。其中，水热法具有环境友好和成本低的优点。而且，溶液中纳米晶的尺寸和形状可以通过控制化学条件，包括反应温度、反应时间、表面活性剂、溶液组成等进行调空，较好地避免其他方法由于自身缺点引起的低比表面积、孔隙结构坍塌以及在去除有机模板剂时由于孔隙堵塞引起的钝化现象。另外，为了获取高比面积和高活性的铝酸锌纳米粉体，铝酸锌的形貌控制在现阶段仍然被人们所关注和极力开发。现有虽然已经制备了的各种形貌的铝酸锌纳米粉体，譬如球形、不规则粒子、纳米线、多孔结构等，但效果仍不是很理想。

制备^[3]

以硫酸锌(ZnSO4·7H2O)、铝酸钠(NaAlO2)、乙二醇和柠檬酸(C6H8O7·H2O)(均为分析纯)为原料，按摩尔比1∶2∶6∶30准确称取硫酸锌晶体、铝酸钠、柠檬酸晶体、乙二醇。分别将硫酸锌、铝酸钠及柠檬酸溶解于烧杯中。待完全溶解后依次将柠檬酸溶液、铝酸钠溶液和硫酸锌溶液加入1000mL三颈瓶中，反应3h后制得柠檬酸配合物。将乙二醇加入柠檬酸聚合物中，于130℃反应2h生成聚合物。将制得的产物放置于170℃的烘干箱中干燥得到干胶。将干胶放置于300℃马弗炉中除去未反应的乙二醇生成前驱体粉末。将所得前驱体粉末经高温处理冷却水洗(除去硫酸根离子、钠离子)后得到铝酸锌。以所得的铝酸锌的质量与理论值相比，铝酸锌的产率为70%~80%。

应用^[4-6]

铝酸锌(ZnAlO)由于具有良好的机械性能、热稳定性能、疏水性、低的表面酸性和紫外阻隔性等，在高温陶瓷、发光基质、光学涂层、催化剂、活性剂载体等领域，尤其是作为催化剂和活性物质载体使用方面具有重要的应用价值。

1）法铝酸锌在阻燃软质PVC中的应用。采用溶胶-凝胶法合成了具有尖晶结构的铝酸锌。用X射线衍射仪、扫描电镜表征合成的铝酸锌。通过热分析方法研究了用铝酸锌作阻燃剂的软PVC从室温到800℃的热降解过程，通过极限氧指数(LOI)、烟密度测试器测试手段研究了铝酸锌对软PVC的阻燃作用。结果表明具有尖晶石结构的铝酸锌对软PVC具有很好的阻燃消烟作用。当添加量为1.5份时，样品的LOI提高到29.8，烟密度降低到吸光度为53.0%，基本达到软质PVC的一般阻燃要求。在受热过程中铝酸锌催化样品表面成炭进而提高了PVC的热降解温度，增强了PVC的热稳定性。

2）制备一种铝酸锌防护层，属于金属腐蚀与防护技术领域。利用电镀方法在工件表层镀铝，然后对镀铝工件进行加热处理使铝氧化成为氧化铝；对表面生成氧化铝的工件进行热浸镀锌，使其表面镀上层锌；对镀锌工件进行两次退火，次退火使锌转化为氧化锌，随炉冷却至室温后进行第二次退火，第二次退火使氧化铝与氧化锌在界面处发生固态扩散反应形成铝酸锌层，随炉冷却至室温后即在工件表面得到铝酸锌防护层。该方法可在仪器、设备表面生成一层铝酸锌保护层保护设备耐酸碱腐蚀、增加其耐磨性。

3）制备一种多通道铝酸锌纳米管，属于多通道纳米管的制备技术领域。制备方法如下：步利用二步阳极氧化法制备氧化铝模板，第二步利用电沉积方法在氧化铝模板中制备锌纳米线，第三步对载有锌纳米线的氧化铝模板在大气环境下进行退火，先使锌纳米线转化为氧化锌纳米线，然后氧化锌纳米线与氧化铝发生固态扩散反应形成铝酸锌，第四步利用氢氧化钠溶液对退火后的样品进行腐蚀，得到多通道铝酸锌纳米管。本发明制备的多通道铝酸锌纳米管外形为纳米棒中间有数量一定的圆柱形纳米孔道，该结构具有较高的比表面积，形状规则，且制备方法简单，对环境无污染，可在催化、纳米器件、发光材料等领域使用，具有重要的潜在应用价值。

4）制备一种轻质多孔磷酸铝—铝酸锌陶瓷球，其特征在于采用以下步骤：(1)把铝酸锌粉末，氧化铝粉末，磷酸二氢铝粉末，熔块粉末按比例进行干混；(2)造粒、成型，制得圆柱状坯体；(3)在70℃干燥坯体5小时后，把坯体放到内底部为半圆球形的氧化铝坩埚内，在大气气氛下以5℃/min的速度加热升温到150℃并保温2小时，再以10?20℃/min的速度加热升温到380℃并保温1个小时，然后以1℃/min的速度加热升温到680℃并保温2小时，最后以5℃/min的速度加热升温到1100℃并保温2个小时，随后自然冷却到室温，即制得轻质多孔磷酸铝—铝酸锌陶瓷球。

主要参考资料

[1] 化合物词典

[2] CN201610288720.1一种铝酸锌纳米粉体及其制备方法

[3] 铝酸锌在阻燃软质PVC中的应用

[4] CN201410181527.9一种铝酸锌防护层的制备方法

[5] CN200810058403.6多通道铝酸锌纳米管制备方法

[6] CN201610283622.9一种轻质多孔磷酸铝—铝酸锌陶瓷球的制备方法