勃姆石（γ-AlOOH）是铝土矿的主要组成部分，是一种重要的化工原料，具有独特的晶体结构，广泛应用于催化剂及载体、造纸填料、无机阻燃剂等多个领域，特别是其作为前驱体可制备在陶瓷、电子、吸附和催化等领域广泛应用的三氧化二铝，具有广阔的应用前景。目前，具有特定形貌的无机纳米材料制备已经成为材料科学领域研究的热点。尤其是低维纳米材料，由于特殊的物理化学性质及广阔的应用价值受到了越来越多的重视。

一、勃姆石概述

勃姆石，又称薄水铝石、一水软铝石，化学式为γ-Al₂O₃·H₂O或者γ-AlOOH，属正交晶系。γ-AlOOH是由许多A1O₆八面体构成的，Al在八面体中央，O在八面体顶点，八面体通过共面形成双链，再共顶点形成三维骨架结构，其晶体结构如下图所示。

图1  勃姆石的结构

二、勃姆石的制备方法

目前，勃姆石的制备方法主要有酸法、碱法、碳化法、醇铝水解法、水热法、有机配合物水解法等。

（一）酸法

酸法是用碱从铝盐溶液中沉淀出一水合氧化铝。常用的铝盐有硝酸铝、氯化铝、硫酸铝、矾等，也可将金属铝溶于酸，形成铝溶液，常用的沉淀剂是NaOH、KOH、NHaOH或Na₂CO₃等。目前，以硫酸铝和偏铝酸钠为原料制备勃姆石，是生产加氢催化剂载体应用最广的一条技术路线。其反应化学是如下：

A1³⁺＋OH^-→AlOOH

酸法优点是：制备的γ-Al₂O₃·H₂O，孔体积较大，孔分布较好。

缺点是：对原料铝盐的纯度要求很高，副产物如NH₄⁺和NO^3-容易除去，但是要完全除去其他阴离子则比较困难，特别是在使用A1₂（SO₄）₃时，残留的SO₄^2-。会进一步还原成H₂S，影响产品质量，使催化剂中毒。

（二）碱法

碱法用酸从铝酸盐（通常是偏铝酸钠）溶液中沉淀出一水合氧化铝。所用的酸分别是HCl、H₂SO₄、HNO₃等强酸和CO₂，NH₄HCO₃，NaHCO₃等弱酸性物质。其反应化学是如下：

AlO₂^-＋H₃O⁺→AlOOH

碱法优点是：原料比较便宜，成本较低，在制备偏铝酸钠的过程中可同时除去铁、铅等金属杂质。

缺点是：沉淀中的阳离子杂质Na⁺难以除去。在中和pH较高的条件下制得的勃姆石中常含有少量的碱。

（三）碳化法

碳化法实际上是碱法制备勃姆石的方法之一，在NaAlO₂溶液通入CO₂进行沉淀。利用中间产物NaAlO₂溶液及CO₂废气作为反应原料，是成本最低的工艺路线，且对环境的污染较小，是一种比较有前途的方法，因而对这种方法的研究较多，所以把它专称为碳化法。目前，通过改变工艺条件，用CO₂碳化偏铝酸钠溶液所制得的勃姆石可以制成含Na₂O较低的活性氧化铝。

碳化法优点是：通过控制碳化温度、碳化速度和终点PH值等条件可制得不同孔容和孔径的氧化铝，而且所制得的氧化铝还具有表面积大、纯度高、抗腐蚀性好、催化活性高等优点。

（四）醇铝水解法

有机醇铝水解法是采用2-丁醇铝或异丙醇铝作为原料，将其溶于溶剂（水或有机溶剂），在一定温度下水解得到勃姆石。

醇铝水解法优点是：具有设备简单、工艺易于控制，得到的产品孔结构容易控制、比表面和纯度高，粉末均匀等优点。

（五）水热法

水热法制备勃姆石是利用三水铝石、拜耳石或无定形氧化铝水合物在高压釜中经高温和水蒸气的作用下制备，稳定条件范围是140～375℃，压力<14mpa。工业上通常以三水铝石为原料制备纯度和结晶度很高的勃姆石。< span="">

（六）有机配合物水解法

有机配合物水解法首先把A1³⁺与具有配位能力的有机配体生成配合物，在强热的过程中，自由A1³⁺被释放出来，释放出的自由离子随后水解，生成AIOOH。

三、不同形貌勃姆石纳米材料制备

（一）勃姆石纳米纤维

纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料。由于纳米纤维与纳米电子器件及微型传感器密切相关，可以应用于纳米导线、开关及高性能光导纤维等方面。

采用蒸汽辅助干凝胶转化法对无定形的氢氧化铝干凝胶前驱体进行蒸汽处理，最终得到了纳米勃姆石纤维。 通过调控水热反应釜中的水和干凝胶的用量比，可以制备棒状及纤维状勃姆石纳米材料。

图2  勃姆石纳米纤维TEM图片

（二）勃姆石纳米带

勃姆石纳米带制备方法是采用“分子裁剪薄片”法，把金属薄片和琥珀酸二异辛酯磺酸钠一起放入水热反应釜中进行反应，然后从经过清洗干燥后的金属薄片刮下最终的产物，产物为10nm宽的勃姆石单晶纳米带。

图3  勃姆石单晶纳米带SEM图片

（三）花状勃姆石

花状勃姆石通过离子液体辅助水热法，即以离子液体氯化辛基甲基咪唑作为模板剂，对AlCl₃·6H₂O、尿素、蒸馏水和离子液体按一定比例组成的混合液进行水热反应。随着离子液体剂量的增多，勃姆石的形貌由初始的束状纳米片发展演变成最终形貌规整的花状结构。

图4  花状勃姆石SEM图片

（四）空心球状勃姆石

空心球状勃姆石制备是以KAl（SO₄）₂·6H₂O和尿素为原料进行水热反应，最终由亚稳态无定形氢氧化铝固体粒子转变为表面为纳米片多孔状的空心球状勃姆石。

图5  空心球状勃姆石SEM图片

不同形貌勃姆石合成情况

四、勃姆石应用

（一）催化领域的应用

以勃姆石作为前驱物在煅烧的高温条件下脱水而得的超细活性氧化铝γ-Al₂O₃具有更好的催化活性和催化反应选择性，常被用作催化剂及载体。

目前，工业催化剂载体约有一半以上为以γ-Al₂O₃为主的活性氧化铝，主要用作催化重整、烷烃异构化、加氢精制（脱硫、脱氧和脱金属）等和加氢裂化等石油炼制及汽车尾气净化领域中的催化剂载体，也直接用作clause反应脱硫和乙醇脱水的催化剂。

（二）无机阻燃剂

充填到塑料和聚合物中，不易吸潮，在常温下化学性质稳定，受热到一定温度时开始吸热分解放出结晶水，分解时吸热量大，仅放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃气体并能消烟等多重功能，使之成为材料工业和现代科技革命中引人关注的填充剂。

（三）人造大理石、玛瑙的填充料

由于AIOOH具有和聚脂树脂极接近的折光数，使得人造大理石的光见度高，且成本低、重量轻，不易脆裂等特点。

（四）造纸填料

纳米AlOOH作为高级纸张，如画报纸、钞票纸、照相纸和高级字典纸等充填料，具有比前述各种填料更多的优越性。

（五）锂电池隔膜涂层材料

勃姆石具有优异的绝缘性、化学与电化学稳定性、耐热性等，能够在较低的涂层厚度下，提升隔膜的热稳定性，提高锂离子电池的安全性，改善电池的倍率性能和循环性能。

作者：李波涛

参考文献：

1、李广慈，柳云骐，刘迪等，不同形貌纳米薄水铝石的水/溶剂热合成及其催化应用，《化工进展》。

2、张其春，余志化，敦文杰，具有良好热稳定性的勃姆石纳米粉体的制备及表征，《矿物岩石》。

3、刘辉，李广军，董晓楠等，微波水热合成γ-AlOOH和γ-Al₂O₃纳米片，《功能材料》。