一种柠檬酸铝及其制备方法

技术领域

本申请涉及铝基粉体材料技术领域，尤其涉及一种柠檬酸铝及其制备方法。

背景技术

柠檬酸铝可作为交联剂，与聚丙烯酰胺(PAM)混合逐渐形成网状凝胶，用于油田堵水调剖，封堵油田高渗透层。

柠檬酸铝作为交联剂，Al

发明内容

本申请提供了一种柠檬酸铝及其制备方法，以解决现有柠檬酸铝的制备工艺耗能较高的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种柠檬酸铝的制备方法，所述方法包括：

将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；

将所述氧化铝水合物前驱体粉体和柠檬酸溶液进行第二搅拌混合，得到柠檬酸铝。

可选的，所述摩尔比为0.2～0.3。

可选的，所述第一搅拌混合的温度为30℃～60℃。

可选的，所述第一搅拌混合的速度为200r/min～400r/min。

可选的，所述干燥的温度为70℃～100℃。

可选的，所述碱性溶液的溶质包括如下至少一种：碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、尿素；和/或，

所述酸性铝盐溶液的溶质包括如下至少一种：氯化铝、硝酸铝、硫酸铝。

可选的，所述第二搅拌混合的工艺参数包括：温度为60℃～90℃，时间为30min～60min。

可选的，所述将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体，包括：

将酸性铝盐溶液、碱性溶液以及分散剂进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；其中，

相对于所述第一搅拌混合的1重量份反应体系，所述分散剂为0.05重量份～0.1重量份。

可选的，所述将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体，包括：

将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，得到料浆；

对所述料浆进行洗涤，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；其中，

所述洗涤介质的温度为30℃～60℃。

第二方面，本申请提供一种柠檬酸铝，所述柠檬酸铝由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该柠檬酸铝的制备方法，酸性铝盐溶液和碱性溶液发生中和反应，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与碱性溶液中溶质的摩尔比，以达到中和反应体系所需的pH，从而析出无定型的纳米活性氧化铝前驱体，前驱体纳米级晶粒均匀有序析出，从而提高粉体活性；该前驱体与柠檬酸溶液反应，由于氧化铝前驱体活性较高，可在温和的反应条件下合成柠檬酸铝，从而解决了现有柠檬酸铝的制备工艺耗能较高的技术问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种柠檬酸铝的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“如下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。

除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

第一方面，本申请提供了一种柠檬酸铝的制备方法，请参见图1，所述方法包括：

S1、将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；

本申请实施例提供的该柠檬酸铝的制备方法，酸性铝盐溶液和碱性溶液发生中和反应，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与碱性溶液中溶质的摩尔比，以达到中和反应体系所需的pH，从而析出无定型的纳米活性氧化铝前驱体，前驱体纳米级晶粒均匀有序析出，从而提高粉体活性。此外，一般来说，为了保证纯度，将第一搅拌后的溶液经过滤、洗涤、干燥、粉碎及筛分。

在一些实施方式中，所述摩尔比为0.2～0.3。

在本申请实施例中，控制酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，以达到中和反应体系所需的pH，从而析出无定型的纳米活性氧化铝前驱体，前驱体纳米级晶粒均匀有序析出，从而提高粉体活性。若该摩尔比过大，可能会导致反应体系pH过低，部分铝离子无法水解析出，同时体系内固液相不易分离；若该摩尔比过小，可能会导致反应体系pH过高，前驱体的纳米级晶粒晶相发生转变而失活。具体地，该摩尔比可以为0.2、0.25、0.3等。

在一些实施方式中，所述第一搅拌混合的温度为30℃～60℃。

在本申请实施例中，控制第一搅拌混合的温度，也是上述中和反应的合成温度，使得纳米氧化铝水合物晶相发育良好，纳米级晶粒均匀有序析出，从而提高产物活性。若该合成温度过高，在一定程度上会导致纳米氧化铝水合物晶相发育过度，降低活性；若该合成温度过低，在一定程度上会会导致纳米氧化铝水合物晶粒过小，从而降低固液分离及洗涤速度。具体地，该第一搅拌混合的温度可以为30℃、40℃、50℃、60℃等。

在一些实施方式中，所述第一搅拌混合的速度为200r/min～400r/min。

在本申请实施例中，控制第一搅拌混合的速度，使前驱体晶粒尺寸均一，产物活性好。若该搅拌速度过大，在一定程度上会使前驱体晶粒尺寸降低，从而使固液分离难度加大；若该搅拌速度过小，在一定程度上会使反应过程不均匀，在成产物晶粒尺寸不均匀，进而影响在柠檬酸中反应的效果。具体地，该第一搅拌混合的速度可以为200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min等。

在一些实施方式中，所述干燥的温度为70℃～100℃。

在本申请实施例中，控制干燥的温度，保证前驱体的活性。若干燥的温度过高，会降低前驱体活性，进而降低柠檬酸铝合成过程的转化率；若干燥的温度过低，使得干燥过程周期过长。具体地，该干燥的温度可以为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等。

在一些实施方式中，所述碱性溶液的溶质包括如下至少一种：碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、尿素；和/或，

所述酸性铝盐溶液的溶质包括如下至少一种：氯化铝、硝酸铝、硫酸铝。

在本申请实施例中，选用碳酸钠、氢氧化钠、碳酸氢钠、尿素中至少一种作为碱性溶液中的溶质，上述碱性溶质均为工业中常用的pH调节剂，一方面可提供大量羟基作为体系pH调节剂，另一方面可降低生产成本。选用氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中至少一种作为酸性铝盐溶液中的溶质，上述酸性溶质同样为工业中常见的铝盐，在反应过程中既能保证提供优质的铝源，又能降低成产成本。此外，选用上述反应原料配成溶液，一般来说，为了保证纯度，会将配置的溶液进行过滤，取滤液作为反应物。作为其中一种实施方式，选用六水合氯化铝和无水碳酸钠，将工业级六水合氯化铝配制成浓度为500g/L的溶液，过滤获得氯化铝溶液；将工业级无水碳酸钠配制成250g/L的溶液，过滤获得碳酸钠溶液。

S2、将所述氧化铝水合物前驱体粉体和柠檬酸溶液进行第二搅拌混合，得到柠檬酸铝。

在一些实施方式中，所述第二搅拌混合的工艺参数包括：温度为60℃～90℃，时间为30min～60min。

在本申请实施例中，控制第二搅拌混合的工艺参数，保证反应完全，该前驱体与柠檬酸溶液反应，由于氧化铝前驱体活性较高，可在温和的反应条件下合成柠檬酸铝，从而解决了现有柠檬酸铝的制备工艺耗能较高的技术问题。若该合成柠檬酸铝的温度过低或时间过短，前驱体无法完全转化为柠檬酸铝，若该合成柠檬酸铝的温度过高或时间过长，则增加生产成本。具体地，该温度可以为60℃、70℃、80℃、90℃等，该时间可以为30min、40min、50min、60min等。此外，上述柠檬酸铝酸溶的配制，选用一水合柠檬酸配制成500g/L的溶液，一般来说，为了保证纯度，将其进行过滤，获得柠檬酸溶液。上述柠檬酸铝溶液合成过程前驱体与柠檬酸溶液重量比为0.3～0.35。

在一些实施方式中，所述将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体，包括：

将酸性铝盐溶液、碱性溶液以及分散剂进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；其中，

相对于所述第一搅拌混合的1重量份反应体系，所述分散剂为0.05重量份～0.1重量份。

在本申请实施例中，分散剂的作用：使得反应物均匀分散。该分散剂可以为水、乙醇，控制分散剂的用量，增加反应物的接触面积，提高反应速率。若该分散剂的用量过高，可能会导致料浆固含过低，水量消耗大；若该分散剂的用量过低，可能会导致体系浓度过高，不利于纳米晶粒有序析出。具体地，相对于所述第一搅拌混合的1重量份反应体系，该分散剂可以为0.05重量份、0.06重量份、0.07重量份、0.08重量份、0.09重量份、0.1重量份等。

在一些实施方式中，所述将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体，包括：

将酸性铝盐溶液和碱性溶液进行第一搅拌混合，并控制所述酸性铝盐溶液中铝离子与所述碱性溶液中溶质的摩尔比，得到料浆；

对所述料浆进行洗涤，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；其中，

所述洗涤介质的温度为30℃～60℃。

在本申请实施例中，控制洗涤介质的温度，以保证氧化铝水合物前驱体的纯度。若该洗涤温度过高，在一定程度上会导致会导致前驱体晶相发育过度；若该洗涤温度过低，在一定程度上导致体系氯化钠不易去除。具体地，该洗涤介质的温度可以为30℃、40℃、50℃、60℃等。此外，洗涤介质的体积为料浆体积的1倍以上。该洗涤介质可以为乙醇、水。

第二方面，本申请提供一种柠檬酸铝，所述柠檬酸铝由第一方面任意一项实施例所述的方法制备得到。

采用本申请实施提供的柠檬酸铝的制备方法所得到柠檬酸铝的纯净度高，可以不含无机盐副产物，合成过程简单，产品质量稳定；并有效提高柠檬酸铝溶液中Al

该柠檬酸铝是基于上述柠檬酸铝的制备方法来实现，该柠檬酸铝的制备方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该柠檬酸铝采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

(1)将工业级六水合氯化铝和工业级无水碳酸钠分别配制成500g/L与250g/L的溶液，过滤取滤液；

(2)于40℃，将1000mL氯化铝溶液和3500mL碳酸钠溶液第一搅拌混合，后进行干燥和粉碎，得到氧化铝水合物前驱体粉体；其中：第一搅拌混合的速度为300r/min；氯化铝溶液中氯化铝与碳酸钠溶液中碳酸钠的摩尔比为0.25，干燥的温度为80℃；

(3)将工业级一水合柠檬酸配制成500g/L的溶液，过滤取滤液；

(4)于80℃，将120g前驱体与350g柠檬酸溶液第二搅拌混合，后干燥，得到柠檬酸铝粉体；其中：第二搅拌混合的时间为40min；第二搅拌的速度为200r/min。

实施例2

(1)将工业级六水合氯化铝和工业级无水碳酸钠分别配制成500g/L与250g/L的溶液，过滤取滤液；

(2)于40℃，将1000mL氯化铝溶液、3500mL碳酸钠溶液及水第一搅拌混合，得到料浆；

其中：第一搅拌混合的速度为300r/min；水的体积为300mL；氯化铝溶液中氯化铝与碳酸钠溶液中碳酸钠的摩尔比为0.25；

(3)将料浆经过滤、洗涤、干燥、粉碎及筛分，得到活性纳米氧化铝水合物前驱体；

其中：洗涤的用水体积为5L；洗涤的水温为40℃；干燥的温度为80℃；

(4)将工业级一水合柠檬酸配制成500g/L的溶液，过滤取滤液；

(5)于80℃，将120g前驱体与350g柠檬酸溶液第二搅拌混合，后干燥，得到柠檬酸铝粉体；其中：第二搅拌混合的时间为40min；第二搅拌的速度为200r/min。

实施例3

将实施例2中氯化铝溶液的反应体积为1000mL，碳酸钠溶液的反应体积为3000mL，氯化铝溶液中氯化铝与碳酸钠溶液中碳酸钠的摩尔比设置为0.2，其余与实施例2相同。

实施例4

将实施例2中氯化铝溶液的反应体积为1000mL，碳酸钠溶液的反应体积为4000mL，氯化铝溶液中氯化铝与碳酸钠溶液中碳酸钠的摩尔比设置为0.3，其余与实施例2相同。

对比例1

将实施例2中氯化铝溶液的反应体积为800mL，碳酸钠溶液的反应体积为3700mL，氯化铝溶液中氯化铝与碳酸钠溶液中碳酸钠的摩尔比为0.19，其余与实施例2相同。

对比例2

将实施例2中的第一搅拌混合的温度设置为70℃，其余与实施例2相同。

对比例3

将实施例2中的洗涤的水温设置为80℃，其余与实施例2相同。

对比例4

将实施例2中的干燥的温度设置为120℃，其余与实施例2相同。

对比例5

将实施例2中的第一搅拌混合的时间设置为20min，其余与实施例2相同。

将实施例1～4和对比例1～5提供的柠檬酸铝进行物化指标测试，测试结果如下表1所示。

表1柠檬酸铝进行物化指标测试结果

通过本申请实施例中的柠檬酸铝的制备方法，实施例1未保证纯度以及未使用分散剂，Al

对比中国发明专利(ZL001358774)提出氯化铝和铝酸钠为铝源，与柠檬酸络合得到Al

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。