鋁醇鹽合成中鐵雜質含量的影響因素研究

褚洪波，辛秀蘭

（北京工商大學食品學院，北京 100048）

鋁醇鹽合成中鐵雜質含量的影響因素研究

褚洪波，辛秀蘭

（北京工商大學食品學院，北京 100048）

在鋁醇鹽合成過程中，鋁屑中的鐵雜質同時參與了反應形成含鐵有機物。主要研究了反應物比例、環境氛圍、催化劑、醇種類對醇鋁中鐵雜質含量的影響。實驗證明：反應物比例、催化劑對合成的醇鋁中的鐵雜質含量沒有太大的影響；環境氛圍是影響鐵雜質生成的重要因素，氧氣可以抑制鐵有機物的生成。這一規律適用于各種鋁醇鹽合成過程中對鐵雜質含量的研究。

鋁醇鹽；鐵雜質；正丁醇

高純氧化鋁由于其純度比普通氧化鋁高，因而具有普通氧化鋁所不具有的光、電、磁、熱效應以及良好的機械性能，使得該種材料具有更新和更尖端的用途［1］。鋁醇鹽是制備高純氧化鋁的重要前驅體，鋁醇鹽中存在的主要雜質是鐵、硅、鈉、鈣等，而鐵的危害最大，對最后合成的氧化鋁的應用性能有重要影響［2］。鋁醇鹽合成過程中，鋁屑中的鐵雜質也會作為反應物與醇進行反應形成高沸點含鐵有機物，因此如何降低鋁醇鹽中鐵雜質含量得到高純鋁醇鹽，再進一步得到高純氧化鋁是現今各國工作者的研究重點。目前應用最多的方法是制備粗異丙醇鋁再進行純化得到高純醇鋁，但是異丙醇鋁的合成過程中對水含量的要求極高，導致生產成本增加。筆者采用對水分不敏感的正己醇與鋁屑反應得到醇鋁，研究了醇鋁合成過程中鐵雜質含量的影響因素。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

正丁醇、正己醇、正辛醇、三甲苯（均為分析純），二次去離子水，鋁屑［w（Fe）=0.17%］。鐵雜質含量采用UV-3600型紫外分光光度計測試。

1.2 實驗方法

醇鋁合成：室溫下將鋁屑與部分醇和催化劑加入到帶有冷凝管的250 mL四口燒瓶中，剩余的醇與三甲苯加入滴液漏斗中，加熱，待劇烈反應時將滴液漏斗中的液體滴入，反應完成后趁熱用沙漏抽濾，得到醇鋁［3］。鐵雜質測試：稱取約5 g醇鋁，用鹽酸溶解后定容至50mL，然后用鄰菲羅啉法測定雜質含量［4］。

2 結果與討論

2.1 不同醇量的影響

稱取4份鋁屑與不同量正己醇反應，即正己醇與鋁屑物質的量比分別為5.0∶1、3.0∶1、2.5∶1、1.5∶1，醇鋁鐵雜質含量測試結果（質量分數）分別為25.4× 10-6、24.3×10-6、22.1×10-6、23.2×10-6。據文獻報道［5］，在鋁屑和醇反應后，鐵與醇的反應過程中同時進行著小尺寸鐵的團聚，這兩個過程是同時進行的競爭過程［6］。由實驗結果看出，隨著醇量的增加，醇鋁中鐵雜質含量沒有明顯變化。由此可以推斷，當鋁與醇反應的同時，雜質鐵與醇同時進行著反應，并且雜質鐵自身進行著團聚，當小尺寸的鐵團聚到一定程度，體系中可反應的鐵濃度會下降，因此醇量不論以多少比例增加，雜質含量不會一直增加。

2.2 環境氛圍的影響

取適量鋁屑和正己醇分別在干燥空氣和高純氮氣環境中反應，醇鋁鐵雜質含量測試結果：氮氣保護，w（Fe）＝13.3×10-6；干燥空氣，w（Fe）＝24.2×10-6。無氧條件下醇鋁中鐵雜質含量比有氧條件明顯降低，但依然會有鐵雜質存在。有氧條件下，氧氣可以促進醇鋁中鐵雜質生成。氧氣可以抑制鋁屑中雜質鐵與正己醇反應，但不能完全阻止醇鋁中鐵雜質生成。由此可以推斷，在反應過程中，氧氣的作用主要是把二價含鐵有機物迅速氧化成三價有機物，然后雜質鐵對三價有機物進行還原從而進入反應體系使得雜質含量增加，而在氮氣保護下，這一過程被阻斷。

為考察鋁屑中剩余雜質鐵在鋁屑反應完全后是否繼續參與反應，接著進行了反應時間實驗。將適量鋁屑與醇分別在干燥空氣和氮氣中反應，待反應完成后再加熱6、12、16、24 h，取樣進行雜質含量測試，結果見圖1。由圖1可得，隨著反應時間的延長，兩種環境下雜質含量均沒有明顯變化，說明醇鋁中含鐵雜質的生成與時間無關。

圖1 反應時間對醇鋁中鐵雜質含量的影響

2.3 催化劑的影響

鋁和醇的反應過程需要在少量催化劑作用下進行。實驗研究了碘［7］、三氯化鋁、醇鋁［8］3種催化劑作用下合成的醇鋁中的鐵雜質含量，結果見表1。從表1看出，碘作催化劑時鐵雜質含量最高，而醇鋁和三氯化鋁作催化劑時鐵雜質含量基本相同。據文獻報道［9］，在醇或者醇苯混合溶劑中，金屬鐵和碘可以1∶1進行反應，因此當鋁屑中的鋁與醇反應完成后，鐵可以與碘繼續反應，導致鐵雜質含量增高。通過對反應時間進行比較可以看出，采用三氯化鋁作催化劑反應時間最短。

表1 催化劑種類對醇鋁中鐵雜質含量的影響

2.4 醇種類的討論

實驗研究了正丁醇、正己醇、正辛醇在干燥空氣和氮氣保護下與鋁屑反應，醇鋁雜質鐵含量測試結果見表2。由表2看出，氮氣保護比干燥空氣條件鐵雜質含量明顯降低，而且這一規律適用于各種醇與鋁屑中雜質鐵的反應研究。

表2 醇種類對醇鋁中鐵雜質含量的影響

3 結論

反應物、催化劑對合成醇鋁中鐵雜質含量沒有太大影響，醇鋁和氯化鋁作催化劑時醇鋁中鐵雜質含量相近，碘作催化劑時醇鋁中鐵雜質含量有所增加；環境氛圍是影響鐵含量的重要因素，氧氣對醇鋁中鐵有機物的生成有抑制作用。以上規律適用于對各種醇鋁合成中鐵雜質含量影響因素的研究。

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［2］高長梅.液態醇鹽的制備及性能研究［D］.大連：大連交通大學，2009.

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聯系方式：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，碩士研究生，研究方向為高純氧化鋁的制備。

辛秀蘭