Применение газофазного диоксида кремния в боммите 

Бёмит (Boehmite), также известный как моногидрат алюминия или моногидрат мягкого алюминия, имеет химическую формулу γ-Al₂O₃·H₂O или γ-AlOOH и относится к ортогональной кристаллической системе. γ-AlOOH состоит из множества октаэдров AlO6, в центре которых находится Al, а на вершинах — О. Октаэдры образуют двойные цепочки посредством соприкосновения плоскостей, а затем, соединяясь вершинами, формируют трехмерную каркасную структуру.
Боммит подразделяется на боммит с высокой степенью кристаллизации (гидроалюминит) и боммит с низкой степенью кристаллизации (псевдогидроалюминит). При этом боммит с высокой степенью кристаллизации имеет слоистую кристаллическую структуру, каждый слой которой состоит из октаэдров AlO6. Центр октаэдров представляет собой двухслойную структуру, образованную положительно заряженными ионами Al³⁺. Вершины октаэдров занимают атомы O²⁻, расположенные в кубической плотной упаковке. Поверхность слоистой структуры содержит большое количество гидроксильных групп, а слои соединяются между собой водородными связями между гидроксильными группами, образуя упорядоченную слоистую структуру. Его основными характеристиками являются высокая степень кристаллизации, малая удельная поверхность, целостность кристаллитов, малое количество дефектов кристаллической структуры и высокий коэффициент теплопроводности. Низкокристаллический оксид алюминия представляет собой неполностью кристаллизованный слоистый гидратированный оксид алюминия, являющийся типом треджогенного геля; размер первичных кристаллов низкокристаллического бемулита составляет всего 4,5 нм. Его основными характеристиками являются хорошая диспергируемость, высокий нулевой заряд, высокая интерфейсная свободная энергия, большая удельная поверхность и высокая пористость.
Ввиду различий в структуре и свойствах боммит с высокой степенью кристаллизации чаще всего используется для нанесения покрытий на мембраны литий-ионных аккумуляторов, а также в качестве антипиренов, тогда как боммит с низкой степенью кристаллизации чаще всего применяется в качестве адсорбентов, катализаторов и носителей. Применение боммита можно разделить на три основные категории: исходное сырье для производства оксида алюминия, носители катализаторов и мембраны для литий-ионных аккумуляторов.
Что касается исходных материалов для оксида алюминия, то путем регулирования технологического процесса можно получить бемоит различной морфологии, а в результате обжига — оксид алюминия с различной морфологией; эти порошковые материалы имеют разное назначение и выполняют различные функции. 1. Оксид алюминия в виде сферических гранул с однородной фракцией является предпочтительным сырьем для получения плотных керамических материалов. 2. Различные одномерные наноразмерные порошки оксида алюминия в форме стержней, нитей или волокон обладают более высокой удельной поверхностью и соотношением длины к диаметру по сравнению с наночастицами или нанопленками, что позволяет повысить вязкость керамических материалов. 3. Порошки оксида алюминия в форме микросфер с ядром и оболочкой или полых микросфер обладают уникальной пористой структурой и большой удельной поверхностью, широко используются в качестве катализаторов, носителей лекарственных веществ, а также адсорбентов для загрязнителей окружающей среды.
Что касается носителя катализатора, то благодаря наличию большого количества гидроксильных групп, значительной удельной поверхности и объёма пор на поверхности γ-AlOOH он может использоваться в качестве носителя катализатора.
Что касается сепараторов для литий-ионных аккумуляторов, то покрытия на основе бемута и оксида алюминия позволяют повысить термостойкость сепараторов, усилить их прочность на прокол, улучшить скоростные и циклические характеристики аккумуляторов, повысить выход годного продукта при производстве элементов, а также снизить саморазряд аккумуляторов в процессе эксплуатации.

В боммите газофазный диоксид кремния в основном служит для повышения его сыпучести и предотвращения комкования. Исследователи компании Huifu Nano изучили влияние гидрофильного газофазного диоксида кремния на сыпучесть боммита при использовании различных диспергирующих устройств и в разных условиях диспергирования.
Сначала в боммит добавили 0,8 %, 1,2 %, 1,6 %, 2,0 % и 3,0 % гидрофильного газофазного диоксида кремния HL-380, затем в течение 60 минут диспергировали в ротационном смесителе при скорости 60 оборотов в минуту; по завершении диспергирования измерили углы покоя и разрушения (табл. 1). Анализ данных показывает, что добавление HL-380 эффективно повышает текучесть боммита, причем этот эффект усиливается с увеличением доли добавки. При использовании роликовых смесителей для достижения хорошего эффекта улучшения текучести требуется доля добавки не менее 3%.

Таблица 1

Во-вторых, в боммит добавили 0,8 %, 1,2 %, 1,6 %, 2,0 % и 3,0 % гидрофильного газофазного диоксида кремния HL-380, диспергировали в трехмерном высокоскоростном диспергаторе при скорости 2000 об/мин в течение 5 минут, а после завершения диспергирования измерили углы покоя и разрушения (табл. 2). Анализ данных показывает, что добавление HL-380 эффективно повышает текучесть боммита; при использовании трехмерного высокоскоростного диспергатора добавка в количестве 1,6–2,0 % позволяет достичь наилучшего эффекта улучшения текучести.

Таблица 2

Газофазный диоксид кремния позволяет эффективно повысить сыпучесть боммита и уменьшить комкование порошка, однако при выборе оптимального количества добавки и подходящего оборудования для диспергирования необходимо учитывать конкретные условия применения и комплексно оценивать затраты.