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汇富纳米气相纳米材料在勃姆石中的应用

文章来源：中化新网更新时间：2024-10-11 14:13:43

勃姆石(Boehmite)，又称薄水铝石、一水软铝石，化学式为γ-Al2O3·H2O或者γ -AlOOH，属正交晶系。 γ -AlOOH是由许多AlO6八面体构成的，Al在八面体中央，О在八面体顶点，八面体通过共面形成双链，再共顶点形成三维骨架结构。

　　勃姆石分为高结晶度勃姆石(薄水铝石)和低结晶度勃姆石(拟薄水铝石)。其中，高结晶具有层状晶体结构,每一层都是由AlO6八面体组成。八面体的中心是由带正电荷的Al3+形成的双层结构所组成。八面体的顶点是由O2-以立方密堆积方式进行排列。层状结构的表面含有大量羟基，层与层之间通过羟基间的氢键相连接，构成有序的层状结构。其特点主要为晶化程度高、比表面积小、晶粒完整、晶体结构缺陷少、导热系数高等。低结晶具有结晶不完全的片层水合氧化铝,是一类触变性凝胶，低结晶度的勃姆石的初晶尺寸小到4.5nm。其特点主要为分散性能好、零点电荷高、界面自由能、比表面大、较高孔隙率等。

　　由于其结构和特点的不同，高结晶度勃姆石多用于锂电池隔膜涂层、阻燃剂等，低结晶度勃姆石多用于吸附材料、催化剂及载体等。勃姆石应用可分为制备氧化铝的前驱材料、催化剂载体和锂离子电池隔膜三大类别。

　　氧化铝前驱材料方面，可通过调节制备工艺获得多种不同形貌的勃姆石，通过煅烧进而制得不同形貌的氧化铝，这些粉体材料分工不同，作用各异。一、粒度均匀的球形颗粒状氧化铝粉体是获得致密陶瓷材料的优选原料。二、各种异性的棒状、线状或纤维状的一维纳米级氧化铝粉体，具有比纳米颗粒或纳米薄膜更高的比表面积和长径比，可增强陶瓷材料的韧性。三、核壳或空心微球形貌的氧化铝粉体，具有独特的空腔结构和大的比表面积，广泛用作催化剂、药物载体以及环境污染物吸附剂。

　　催化剂载体方面，因γ -AlOOH表面具有大量的羟基、较大的比表面积和孔体积，可以作为催化剂载体使用。

　　锂离子电池隔膜方面，以勃姆石、氧化铝为主的涂覆材料，可提高隔膜的耐热性，增强隔膜的抗刺穿性，改善电池的倍率性能和循环性能，提升电芯的良品率，减少电池在使用过程中的自放电。

　　气相二氧化硅在勃姆石中主要发挥提高勃姆石自由流动性，防止其团聚结块作用，汇富纳米研究人员对不同分散设备和分散条件下亲水型气相二氧化硅对勃姆石流动性影响进行了探究。

　　首先，在勃姆石中加入0.8%、1.2%、1.6%、2.0%和3.0%的亲水型气相二氧化硅HL-380，在滚轴混匀仪中以60转速分散60分钟，待完成分散后测试其安息角和崩溃角数据(表1)。分析数据可知，添加HL-380能有效增加勃姆石流动性，并随着添加量的增加而增强，在使用滚轴混匀仪设备情况下，添加量需3%以上能达到较好的助流动效果。

表1

　　其次，在勃姆石中加入0.8%、1.2%、1.6%、2.0%和3.0%的亲水型气相二氧化硅HL-380，在三维高速分散机中以2000转速分散5分钟，待完成分散后测试其安息角和崩溃角数据(表2)。分析数据可知，添加HL-380能有效增加勃姆石流动性，如果使用三维高速分散机分散，添加量在1.6-2.0%之间可达到较好的助流动效果。

表2

　　气相二氧化硅可有效增加勃姆石的自由流动性，减少粉体团聚结块，但在选择合适的添加量和合适的分散设备时需结合实际应用属性，综合成本因素具体考量。

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