در این مطالعه، آماده‌سازی پودر میکروآلومینا از محلول‌های الکلی آلومینیوم تری بوتیلات مورد بررسی قرارگرفته است. هیدرولیز آلکوکسیدهای فلزی معمولا از طریق تماس با آب مایع انجام می‌شود. این روش در فرآیند سل-ژل انجام می‌گیرد. تمایز عمده کار حاضر، در روش انجام واکنش هیدرولیز نهفته است. در این روش، آب به سیستم اضافه نمی‌شود و درعوض محلول آلکوکسید/الکل فلزی تا دمایی گرم می‌شود که در آن آب از طریق دهیدارته‌شدن حلال الکلی تشکیل می‌شود و باعث رسوب اکسید فلز مربوطه (هیدروکسید) می‌شود. حلال، بوتیل الکل نوع دوم، به‌طور ایده‌آل برای این منظور مناسب است. این حلال مطابق شکل1، در دمای مناسب در محدوده 250 درجه سانتیگراد به روشی قابل کنترل دهیدارته می‌شود. آزادسازی آب از بوتیل الکل نوع دوم با تشکیل ایزوبوتن و دی بوتیل اتر همراه است.

در این کار انتظار می‌رود که رسوب ناگهانی از یک تک هسته رخ دهد که منجر به شکل‌گیری میکروذرات و توزیع اندازه ذرات باریک شود.

آماده‌سازی نمونه‌های میکروآلومینا

در مطالعه حاضر از دو راکتور اتوکلاو استفاده شده است. یک ظرف 300 سانتی‌متر مکعبی بدون همزن و یک ظرف 1 لیتری مجهز به همزن. به 60/73 گرم ثانیه بوتیل الکل در یک لوله آزمایش شیشه ای، 57/31 گرم آلومینیوم تری‌بوتیلات اضافه شد. اتوکلاو قبل از گرم‌شدن 3 مرتبه با نیتروژن آب‌بندی و پاکسازی شده است. پروفایل گرمایش این فرآیند به شرح زیر است: 5/3 ساعت برای رسیدن به دمای  5±250 درجه سانتیگراد و 5/6 ساعت زمان نگهداری در این دما و به دنبال آن خنک‌شدن به مدت یک شب.

این احتمال وجود دارد که قبل از رسیدن به دمای 250 درجه سانتیگراد، هیچ‌گونه رسوب‌گذاری در محلول واکنش رخ ندهد. آزمایش کنترل نشان داد که کم آبی بوتیل الکل نوع دوم با سرعتی قابل اندازه‌گیری در طول دوره گرم‌شدن تا 250 درجه سانتیگراد رخ نداده است. علاوه بر این، در مخلوط واکنشی که پس از رسیدن به دمای 160 درجه سانتیگراد مورد بررسی قرار گرفت، هیچ جامدی یافت نشد.

وزن کیک مرطوب پس از فیلتراسیون محصول 13/17 گرم بود. کیک به مدت 5/4 ساعت در دمای 85 درجه سانتیگراد در خلاء خشک شد. وزن کیک خشک 69/6 گرم بود. افزودن آب به فیلتر هیچ رسوبی تولید نکرد که نشان می‌دهد هیدرولیز آلکوکسید فلز کامل شده است.

خواص پودرهای میکروآلومینا تولیدشده در مراحل جداگانه در جدول1 آورده شده است. طرز تهیه نمونه در بخش آماده‌سازی نمونه‌ها، در ردیف 3 آورده شده است.

متغیرهای واکنش که مورد بررسی قرار گرفته‌اند، عبارتند از: زمان نگهداری در دما، هم‌زدن، pH و غلظت بوتیل الکل نوع دوم (10 در مقابل 30 درصد وزنی). دمای واکنش در 5±250 درجه سانتیگراد ثابت نگهداشته شد. این دما کمتر از دمای بحرانی بوتیل الکل نوع دوم (263 درجه سانتیگراد) است.

هم‌زدن تأثیر زیادی بر اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات پودر میکروآلومینا تولید شده داشته است. زمانی که از هم‌زدن ملایم محلول واکنش استفاده شده است، ذرات ریزتر و با توزیع اندازه ذرات باریک‌تر تولید شده‌اند. ذرات با قطر متوسط 35/1 میکرومتر با انحراف استاندارد 38/0، در یک اتوکلاو معمولی یک لیتری دارای همزن تولید شدند. نمایش گرافیکی توزیع اندازه ذرات میکروآلومینا درون اتوکلاو دارای همزن حاصل از آنالیز رسوب‌، در شکل2 نشان داده شده است.

هنگام استفاده از اتوکلاو بدون همزن، میانگین قطر ذرات میکروآلومینا، 5 میکرومتر با انحراف استاندارد 6/0 بود. فرض بر این است که در غیاب همزن، شیب دمایی در راکتور وجود دارد که منجر به تولید غیریکنواخت آب در محلول و رسوب غیریکنواخت اکسید فلز می‌شود.

مطابق شکل،3 میکروسکوپ الکترونی نشان می‌دهد که جامد تولیدشده از آگلومره‌هایی به اندازه میکرومتر تشکیل شده است که هرکدام از ذرات بسیار کوچک در محدوده 20/0 میکرومتر تشکیل شده‌اند.

در کنار اثر هم‌زدن بر توزیع اندازه ذرات میکروآلومینا، مقدار آب تشکیل‌شده، مهم‌ترین عامل مورد مطالعه با توجه به خواص فیزیکی محصول بود. بر اساس جدول1، بلورینگی، سطح ویژه و مقدار کربن، به مقدار آب تولیدشده در راکتور حساس است. سطح ویژه و مقدار کربن بالا در زمان‌های واکنش کوتاه با آب تولیده‌شده به مقدار کم، مطلوب هستند. عدم وجود محصولات کریستالی تنها زمانی رخ می‌دهد که مقدار آب زیر 5/0 درصد وزنی باقی بماند.

روش حاضر، روشی برای تولید میکروآلومینا آمورف فراهم می‌کند. با توجه به داده‌های جدول1، محدودیت مقدار آب تشکیل‌شده در زمان‌های واکنش کوتاه شرط لازم است (ردیف‌های 2 و 4). در زمان‌های واکنش طولانی‌تر، میکروآلومینا آمورف همواره با اشکال کریستالی دهیدراته‌شده،Χ  و Ƴ، در ردیف‌های جدول1 همراه است. الگوی اشعه ایکس نمونه تهیه‌شده در ردیف1 از جدول1، در شکل4 نشان داده شده است. این الگوی با شکل‌گیری فازهای آمورف و کریستالی Χ  و Ƴ مطابقت دارد. بوهمیت تنها در نمونه ردیف 6 مشاهده شد که در آن آب، به‌طور قابل‌توجهی توسط اسید کاتالیزشده (H₂SO₄) درنتیجه شرایط دهیدراسیون بوتیل الکل نوع دوم تولید شد.

میکروآلومینا آمورف تولیدشده از یک فرم هیدراته تشکیل شده است که از اندازه‌گیری‌های کاهش وزن در دمای بالا تشخیص داده می‌شود. پس از خشک‌شدن در 110 درجه سانتیگراد، نمونه میکروآلومینا آمورف، با کاهش 5/19 درصد وزنی در طی کلسیناسیون در 750 درجه سانتیگراد روبرو شده است. با توجه به محتوای ارگانیک در نمونه پیش‌کلسینه‌شده (85/3 درصد وزنی)، استوکیومتری کلی آلومینا، Al₂O₃. 1.1H₂O است. تحت شرایط یکسان، یک نمونه مخلوط آمورف/کریستالی، تنها 9/5 درصد وزنی (73/1 درصد وزنی محتوای ارگانیک) خود را از دست داده که نشان‌دهنده ترکیب Al₂O₃. 0.25H₂O است. از آنجایی که میکروآلومینا آمورف در زمان‌های واکنش کوتاه تولید می‌شود، نتایج نشان می‌دهد که یک شکل هیدراته از آلومینا ابتدا تشکیل شده است که متعاقبا با ازدست‌دادن آب، به اشکال کریستالی و دهیدارته‌شده تبدیل می‌شود، حتی اگر آب اضافی از حلال در شرایط واکنش تولید شود.

تبدیل یک هیدرات آلومینا به شکل کم هیدراته‎‌شده در حضور آب، یک پدیده کلی در شیمی میکروآلومینا باشد. تبدیل هیدروترمال Al₂O₃. 3H₂O به Al₂O₃.H₂O معروف است. واکنش در دمای 200 درجه سانتیگراد تحت فشار خودبه‌خود رخ می‌دهد و سرعت آن به اندازه ذرات وابسته است.