勃姆石（γ-AlOOH）是鋁土礦的主要組成部分，是一種重要的化工原料，具有獨特的晶體結構，廣泛應用于催化劑及載體、造紙填料、無機阻燃劑等多個領域，特別是其作為前驅體可制備在陶瓷、電子、吸附和催化等領域廣泛應用的三氧化二鋁，具有廣闊的應用前景。目前，具有特定形貌的無機納米材料制備已經成為材料科學領域研究的熱點。尤其是低維納米材料，由于特殊的物理化學性質及廣闊的應用價值受到了越來越多的重視。

一、勃姆石概述

勃姆石，又稱薄水鋁石、一水軟鋁石，化學式為γ-Al₂O₃·H₂O或者γ-AlOOH，屬正交晶系。γ-AlOOH是由許多A1O₆八面體構成的，Al在八面體中央，O在八面體頂點，八面體通過共面形成雙鏈，再共頂點形成三維骨架結構，其晶體結構如下圖所示。

圖1  勃姆石的結構

二、勃姆石的制備方法

目前，勃姆石的制備方法主要有酸法、堿法、碳化法、醇鋁水解法、水熱法、有機配合物水解法等。

（一）酸法

酸法是用堿從鋁鹽溶液中沉淀出一水合氧化鋁。常用的鋁鹽有硝酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁、礬等，也可將金屬鋁溶于酸，形成鋁溶液，常用的沉淀劑是NaOH、KOH、NHaOH或Na₂CO₃等。目前，以硫酸鋁和偏鋁酸鈉為原料制備勃姆石，是生產加氫催化劑載體應用最廣的一條技術路線。其反應化學是如下：

A1³⁺＋OH^-→AlOOH

酸法優點是：制備的γ-Al₂O₃·H₂O，孔體積較大，孔分布較好。

缺點是：對原料鋁鹽的純度要求很高，副產物如NH₄⁺和NO^3-容易除去，但是要完全除去其他陰離子則比較困難，特別是在使用A1₂（SO₄）₃時，殘留的SO₄^2-。會進一步還原成H₂S，影響產品質量，使催化劑中毒。

（二）堿法

堿法用酸從鋁酸鹽（通常是偏鋁酸鈉）溶液中沉淀出一水合氧化鋁。所用的酸分別是HCl、H₂SO₄、HNO₃等強酸和CO₂，NH₄HCO₃，NaHCO₃等弱酸性物質。其反應化學是如下：

AlO₂^-＋H₃O⁺→AlOOH

堿法優點是：原料比較便宜，成本較低，在制備偏鋁酸鈉的過程中可同時除去鐵、鉛等金屬雜質。

缺點是：沉淀中的陽離子雜質Na⁺難以除去。在中和pH較高的條件下制得的勃姆石中常含有少量的堿。

（三）碳化法

碳化法實際上是堿法制備勃姆石的方法之一，在NaAlO₂溶液通入CO₂進行沉淀。利用中間產物NaAlO₂溶液及CO₂廢氣作為反應原料，是成本最低的工藝路線，且對環境的污染較小，是一種比較有前途的方法，因而對這種方法的研究較多，所以把它專稱為碳化法。目前，通過改變工藝條件，用CO₂碳化偏鋁酸鈉溶液所制得的勃姆石可以制成含Na₂O較低的活性氧化鋁。

碳化法優點是：通過控制碳化溫度、碳化速度和終點PH值等條件可制得不同孔容和孔徑的氧化鋁，而且所制得的氧化鋁還具有表面積大、純度高、抗腐蝕性好、催化活性高等優點。

（四）醇鋁水解法

有機醇鋁水解法是采用2-丁醇鋁或異丙醇鋁作為原料，將其溶于溶劑（水或有機溶劑），在一定溫度下水解得到勃姆石。

醇鋁水解法優點是：具有設備簡單、工藝易于控制，得到的產品孔結構容易控制、比表面和純度高，粉末均勻等優點。

（五）水熱法

水熱法制備勃姆石是利用三水鋁石、拜耳石或無定形氧化鋁水合物在高壓釜中經高溫和水蒸氣的作用下制備，穩定條件范圍是140～375℃，壓力<14mpa。工業上通常以三水鋁石為原料制備純度和結晶度很高的勃姆石。< span="">

（六）有機配合物水解法

有機配合物水解法首先把A1³⁺與具有配位能力的有機配體生成配合物，在強熱的過程中，自由A1³⁺被釋放出來，釋放出的自由離子隨后水解，生成AIOOH。

三、不同形貌勃姆石納米材料制備

（一）勃姆石納米纖維

納米纖維是指直徑為納米尺度而長度較大的線狀材料。由于納米纖維與納米電子器件及微型傳感器密切相關，可以應用于納米導線、開關及高性能光導纖維等方面。

采用蒸汽輔助干凝膠轉化法對無定形的氫氧化鋁干凝膠前驅體進行蒸汽處理，最終得到了納米勃姆石纖維。 通過調控水熱反應釜中的水和干凝膠的用量比，可以制備棒狀及纖維狀勃姆石納米材料。

圖2  勃姆石納米纖維TEM圖片

（二）勃姆石納米帶

勃姆石納米帶制備方法是采用“分子裁剪薄片”法，把金屬薄片和琥珀酸二異辛酯磺酸鈉一起放入水熱反應釜中進行反應，然后從經過清洗干燥后的金屬薄片刮下最終的產物，產物為10nm寬的勃姆石單晶納米帶。

圖3  勃姆石單晶納米帶SEM圖片

（三）花狀勃姆石

花狀勃姆石通過離子液體輔助水熱法，即以離子液體氯化辛基甲基咪唑作為模板劑，對AlCl₃·6H₂O、尿素、蒸餾水和離子液體按一定比例組成的混合液進行水熱反應。隨著離子液體劑量的增多，勃姆石的形貌由初始的束狀納米片發展演變成最終形貌規整的花狀結構。

圖4  花狀勃姆石SEM圖片

（四）空心球狀勃姆石

空心球狀勃姆石制備是以KAl（SO₄）₂·6H₂O和尿素為原料進行水熱反應，最終由亞穩態無定形氫氧化鋁固體粒子轉變為表面為納米片多孔狀的空心球狀勃姆石。

圖5  空心球狀勃姆石SEM圖片

不同形貌勃姆石合成情況

四、勃姆石應用

（一）催化領域的應用

以勃姆石作為前驅物在煅燒的高溫條件下脫水而得的超細活性氧化鋁γ-Al₂O₃具有更好的催化活性和催化反應選擇性，常被用作催化劑及載體。

目前，工業催化劑載體約有一半以上為以γ-Al₂O₃為主的活性氧化鋁，主要用作催化重整、烷烴異構化、加氫精制（脫硫、脫氧和脫金屬）等和加氫裂化等石油煉制及汽車尾氣凈化領域中的催化劑載體，也直接用作clause反應脫硫和乙醇脫水的催化劑。

（二）無機阻燃劑

充填到塑料和聚合物中，不易吸潮，在常溫下化學性質穩定，受熱到一定溫度時開始吸熱分解放出結晶水，分解時吸熱量大，僅放出水蒸汽，不會產生有毒、可燃氣體并能消煙等多重功能，使之成為材料工業和現代科技革命中引人關注的填充劑。

（三）人造大理石、瑪瑙的填充料

由于AIOOH具有和聚脂樹脂極接近的折光數，使得人造大理石的光見度高，且成本低、重量輕，不易脆裂等特點。

（四）造紙填料

納米AlOOH作為高級紙張，如畫報紙、鈔票紙、照相紙和高級字典紙等充填料，具有比前述各種填料更多的優越性。

（五）鋰電池隔膜涂層材料

勃姆石具有優異的絕緣性、化學與電化學穩定性、耐熱性等，能夠在較低的涂層厚度下，提升隔膜的熱穩定性，提高鋰離子電池的安全性，改善電池的倍率性能和循環性能。

作者：李波濤

參考文獻：

1、李廣慈，柳云騏，劉迪等，不同形貌納米薄水鋁石的水/溶劑熱合成及其催化應用，《化工進展》。

2、張其春，余志化，敦文杰，具有良好熱穩定性的勃姆石納米粉體的制備及表征，《礦物巖石》。

3、劉輝，李廣軍，董曉楠等，微波水熱合成γ-AlOOH和γ-Al₂O₃納米片，《功能材料》。