铝醇盐合成中铁杂质含量的影响因素研究

褚洪波，辛秀兰

（北京工商大学食品学院，北京 100048）

铝醇盐合成中铁杂质含量的影响因素研究

褚洪波，辛秀兰

（北京工商大学食品学院，北京 100048）

在铝醇盐合成过程中，铝屑中的铁杂质同时参与了反应形成含铁有机物。主要研究了反应物比例、环境氛围、催化剂、醇种类对醇铝中铁杂质含量的影响。实验证明：反应物比例、催化剂对合成的醇铝中的铁杂质含量没有太大的影响；环境氛围是影响铁杂质生成的重要因素，氧气可以抑制铁有机物的生成。这一规律适用于各种铝醇盐合成过程中对铁杂质含量的研究。

铝醇盐；铁杂质；正丁醇

高纯氧化铝由于其纯度比普通氧化铝高，因而具有普通氧化铝所不具有的光、电、磁、热效应以及良好的机械性能，使得该种材料具有更新和更尖端的用途［1］。铝醇盐是制备高纯氧化铝的重要前驱体，铝醇盐中存在的主要杂质是铁、硅、钠、钙等，而铁的危害最大，对最后合成的氧化铝的应用性能有重要影响［2］。铝醇盐合成过程中，铝屑中的铁杂质也会作为反应物与醇进行反应形成高沸点含铁有机物，因此如何降低铝醇盐中铁杂质含量得到高纯铝醇盐，再进一步得到高纯氧化铝是现今各国工作者的研究重点。目前应用最多的方法是制备粗异丙醇铝再进行纯化得到高纯醇铝，但是异丙醇铝的合成过程中对水含量的要求极高，导致生产成本增加。笔者采用对水分不敏感的正己醇与铝屑反应得到醇铝，研究了醇铝合成过程中铁杂质含量的影响因素。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

正丁醇、正己醇、正辛醇、三甲苯（均为分析纯），二次去离子水，铝屑［w（Fe）=0.17%］。铁杂质含量采用UV-3600型紫外分光光度计测试。

1.2 实验方法

醇铝合成：室温下将铝屑与部分醇和催化剂加入到带有冷凝管的250 mL四口烧瓶中，剩余的醇与三甲苯加入滴液漏斗中，加热，待剧烈反应时将滴液漏斗中的液体滴入，反应完成后趁热用沙漏抽滤，得到醇铝［3］。铁杂质测试：称取约5 g醇铝，用盐酸溶解后定容至50mL，然后用邻菲罗啉法测定杂质含量［4］。

2 结果与讨论

2.1 不同醇量的影响

称取4份铝屑与不同量正己醇反应，即正己醇与铝屑物质的量比分别为5.0∶1、3.0∶1、2.5∶1、1.5∶1，醇铝铁杂质含量测试结果（质量分数）分别为25.4× 10-6、24.3×10-6、22.1×10-6、23.2×10-6。据文献报道［5］，在铝屑和醇反应后，铁与醇的反应过程中同时进行着小尺寸铁的团聚，这两个过程是同时进行的竞争过程［6］。由实验结果看出，随着醇量的增加，醇铝中铁杂质含量没有明显变化。由此可以推断，当铝与醇反应的同时，杂质铁与醇同时进行着反应，并且杂质铁自身进行着团聚，当小尺寸的铁团聚到一定程度，体系中可反应的铁浓度会下降，因此醇量不论以多少比例增加，杂质含量不会一直增加。

2.2 环境氛围的影响

取适量铝屑和正己醇分别在干燥空气和高纯氮气环境中反应，醇铝铁杂质含量测试结果：氮气保护，w（Fe）＝13.3×10-6；干燥空气，w（Fe）＝24.2×10-6。无氧条件下醇铝中铁杂质含量比有氧条件明显降低，但依然会有铁杂质存在。有氧条件下，氧气可以促进醇铝中铁杂质生成。氧气可以抑制铝屑中杂质铁与正己醇反应，但不能完全阻止醇铝中铁杂质生成。由此可以推断，在反应过程中，氧气的作用主要是把二价含铁有机物迅速氧化成三价有机物，然后杂质铁对三价有机物进行还原从而进入反应体系使得杂质含量增加，而在氮气保护下，这一过程被阻断。

为考察铝屑中剩余杂质铁在铝屑反应完全后是否继续参与反应，接着进行了反应时间实验。将适量铝屑与醇分别在干燥空气和氮气中反应，待反应完成后再加热6、12、16、24 h，取样进行杂质含量测试，结果见图1。由图1可得，随着反应时间的延长，两种环境下杂质含量均没有明显变化，说明醇铝中含铁杂质的生成与时间无关。

图1 反应时间对醇铝中铁杂质含量的影响

2.3 催化剂的影响

铝和醇的反应过程需要在少量催化剂作用下进行。实验研究了碘［7］、三氯化铝、醇铝［8］3种催化剂作用下合成的醇铝中的铁杂质含量，结果见表1。从表1看出，碘作催化剂时铁杂质含量最高，而醇铝和三氯化铝作催化剂时铁杂质含量基本相同。据文献报道［9］，在醇或者醇苯混合溶剂中，金属铁和碘可以1∶1进行反应，因此当铝屑中的铝与醇反应完成后，铁可以与碘继续反应，导致铁杂质含量增高。通过对反应时间进行比较可以看出，采用三氯化铝作催化剂反应时间最短。

表1 催化剂种类对醇铝中铁杂质含量的影响

2.4 醇种类的讨论

实验研究了正丁醇、正己醇、正辛醇在干燥空气和氮气保护下与铝屑反应，醇铝杂质铁含量测试结果见表2。由表2看出，氮气保护比干燥空气条件铁杂质含量明显降低，而且这一规律适用于各种醇与铝屑中杂质铁的反应研究。

表2 醇种类对醇铝中铁杂质含量的影响

3 结论

反应物、催化剂对合成醇铝中铁杂质含量没有太大影响，醇铝和氯化铝作催化剂时醇铝中铁杂质含量相近，碘作催化剂时醇铝中铁杂质含量有所增加；环境氛围是影响铁含量的重要因素，氧气对醇铝中铁有机物的生成有抑制作用。以上规律适用于对各种醇铝合成中铁杂质含量影响因素的研究。

［1］Yang Huaming，Liu Mingzhu，Jing Ouyang.Novel synthesis and characterization of nanosized γ-Al2O3from kaolin［J］.App.Clay Sci.，2010，47（3/4）：438-443.

［2］高长梅.液态醇盐的制备及性能研究［D］.大连：大连交通大学，2009.

［3］Bradley D C，Mehrotra R C，Gaur D P.Metal alkoxides［M］.London：Academic Press，1978.

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［6］张志煜，崔作林.纳米技术与纳米材料［M］.北京：国防工业出版社，2000.

［7］王修慧，罗新宇，杨娅，等.直接反应法制备异丙醇铝中碘的催化机理［J］.大连交通大学学报，2007，28（3）：84-87.

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联系方式：xinxl2007@126.com

Study on influencing factors of iron impurity content in synthesis of aluminum alkoxide

Chu Hongbo，Xin Xiulan
（School of Food Science and Chemical Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

In the synthesis process of aluminum alkoxide，the iron impurity existed in aluminum also reacts with alcohol.The influences of some factors，such as mix ratio of reactants，reaction atmosphere，catalyst，and kinds of alcohol，on the iron impurity content of aluminum hexanol were studied.Results showed that:the reactants and catalyst had no effect on iron impurity content，but the reaction atmosphere was an important factor to influence it，and oxygen could restraint the formation of iron-containing organic matter.This law can apply to iron impurity content studies of various aluminum alkoxide productions.

aluminum alkoxide；iron impurity；normal butanol

TQ133.1

A

1006-4990（2013）06-0025-02

2013-02-10

褚洪波（1987—），女，硕士研究生，研究方向为高纯氧化铝的制备。

辛秀兰