El óxido de aluminio nanométrico ( alúmina nanométrica ) se presenta en forma de nanopartículas esféricas o casi esféricas , y en forma de fibras orientadas o no dirigidas .
Propiedades
Propiedades, del material final, definido como el conjunto de propiedades del óxido de aluminio sólido y propiedades específicas de las nanoestructuras.
Propiedades de las partículas de alúmina coloidal a nanoescala:
- Pequeño diámetro de las partículas / fibras (2-10 nm)
- Gran superficie específica (> 100 m2 / g)
- Alto defecto de la superficie del material y estructura específica de las nanopartículas (el volumen y tamaño de los poros, grado de cristalinidad , composición de fases, estructura y composición de la superficie - posibilidad de modificación)
Propiedades de las fibras a nanoescala de óxido de aluminio:
- La relación longitud-diámetro de aproximadamente 20.000.000: 1
- Un alto grado de orientación de las fibras.
- La débil interacción de las fibras entre sí.
- Ausencia de poros superficiales
- Alta concentración superficial de grupos hidroxilo.
Producción
Métodos de obtención de polvos de óxido de aluminio a escala nanométrica.
1. Molienda de partículas de alúmina en polvo de un nivel nanométrico (por ejemplo, 10-50 nm). Por ejemplo, utilizando un molino planetario que utilice cuerpos de molienda de tamaño inferior a 0,1 μm.
2. La descomposición de fresco químicamente sintetizado AlOOH o Al (OH) 3 a óxido de aluminio en la rápida consecución de la temperatura de descomposición de 175 ° C y el uso para el que la presión de 5 bares dentro de los treinta minutos. Cuanto antes se alcance la temperatura de descomposición de los hidroxocompuestos de aluminio, menor será el tamaño de nanoóxido de las partículas resultantes.
Nano fibras de alúmina
La oxidación de la superficie de algunas aleaciones metálicas líquidas conduce a la formación de nanoestructuras 3D sueltas o porosas. Por primera vez se observó este efecto en el sistema aluminio-mercurio y se publicó hace más de 100 años. [1] Las fibras de este tipo no se encuentran en la naturaleza y solo se cultivan por medios artificiales. Dependiendo del método de síntesis se pueden producir diversas nanoestructuras, como aerogel a partir de oxihidróxido de aluminio (AlOOH o, dónde , se convierten fácilmente en óxido de aluminio) o nanofibras de óxido de aluminio (Al 2 O 3 ).
En este momento, las principales formas de producción son:
- El método para la oxidación selectiva del aluminio en la superficie del Ga-AI fundido en una atmósfera húmeda a una temperatura de 20 a 70 ° C (Método de IPCE RAS) [2]
- La tecnología de metal líquido de síntesis de aerogel nanoestructural AlOOH a partir de Ga-Bi y Al-Al fundidos (Instituto de RF IPPE que lleva el nombre de AI Leipunsky, ciudad de Obninsk).
- Nano óxido de fibra creciente de aluminio en la superficie de la masa fundida de aluminio (un método de síntesis industrial, desarrollado y patentado por la Tecnología ANF). [3]
Solicitud
- Adsorbente (para capturar impurezas de hidrocarburos del aire; para extraer flúor de una variedad de medios (la capacidad del óxido de aluminio para los iones de flúor quimiosensibles utilizados para la purificación de agua con mayor contenido de flúor; para la recuperación de vapor de fluoruro de hidrógeno de gases de superfosfato). y electrólisis) para soluciones abrillantadoras en la producción de azúcar ; para atrapar disolventes; purificación por adsorción de aceites (primer transformador); adsorbente para cromatografía de adsorción de gases y líquidos (adsorción); para cromatografía de intercambio iónico y de sorción de sedimentos en solución acuosa (intercambio iónico y precipitación); como vehículo inerte durante la cromatografía de distribución de líquidos)
- Desecante (para el secado de gases ( deshidratación profunda a puntos de rocío de -60 ° C e inferiores); la conservación de instrumentos y equipos, y también para sistemas tales como válvulas respiratorias, tanques, transformadores, etc .; para crear atmósferas protectoras durante almacenamiento a largo plazo de productos alimenticios y farmacéuticos)
- Absorbente de los iones de metales a partir de soluciones de sus sales, por ejemplo, CsNO 3 , AgNO 3 , Ba (NO 3 ) 2 , Sr (NO 3 ) 2 , Pb (NO 3 ) 2 , etc., con posibilidad de obtener de óxidos metálicos en la superficie de las fibras durante el recocido
- Absorbente de radionucleidos de aguas residuales de centrales nucleares
- Relleno inerte (refuerzo)
- Cerámicas y compuestos (incluidos los metales compuestos): alta tenacidad, resistencia al fuego y propiedades antifricción, propiedades aislantes. Uso conocido en varios productos como lámpara de descarga de quemador , sustrato de circuitos integrados , elementos de cierre , válvulas de tubería de cerámica , prótesis , etc.
- Abrasivo (compuesto de medios para pulido ultrafino )
- Refractario (componente de alta temperatura para aislamiento térmico)
Además de estas áreas, se utiliza como catalizador y portador de catalizadores. Óxido a nanoescala debido al pequeño diámetro de las partículas / fibras, alta área de superficie específica y actividad asociada con los defectos, y la estructura específica de las nanopartículas (el volumen y tamaño de los poros, grado de cristalinidad, composición de fase, estructura y composición de la superficie) mejora fuertemente las propiedades catalíticas y aumenta el rango de óxido de aluminio masivo como catalizador.
Literatura
1. Wislicenus, H. Zeitschrift für chemie und industrie der kolloide Kolloid-Z 2 (1908): XI-XX.
2. Vignes, JL. Mazerolle, L., Michel, D. Key Engineering Materials 132-136 (1997): 432 - 435.
3. Zhu, Huai Yong, James D. Riches y John C. Barry. Nanofibras de γ-alúmina preparadas a partir de hidrato de aluminio con tensioactivo de poli (óxido de etileno) // Chemistry of Materials 14.5 (2002): 2086-2093
4. Azad, Abdul-Majeed. Fabricación de nanofibras de alúmina transparente (Al2O3) mediante electrohilado // Ciencia e ingeniería de materiales: A 435 (2006): 468–473.
5. Teoh, Geik Ling, Kong Yong Liew y Wan AK Mahmood. Síntesis y caracterización de nanofibras de alúmina sol-gel // Journal of Sol-Gel Science and Technology 44.3 (2007): 177–186.
Ver también
Referencias
- ^ H.Wislicenus. Zeitschrift für chemie und industrie der kolloide Kolloid-Z. 2 (1908) XI-XX. Ueber die faserähnliche gewachsene Tonerde (Fasertonerde) und ihre Oberflächenwirkungen (Adsorción).
- ^ Martynov P., Ashadullin R., Judincev P., Hodan A. Nuevas tecnologías industriales, 4 (2008), p. 48 - 52.
- ^ US20130192517 A1 / PCT / IB2013 / 000120 «Método y sistema para la síntesis de nanofibras de alúmina a partir de aluminio fundido», ANF Technology Limited, 01.08.2013