酸浓度调控化学沉淀法从废弃铝屑合成氧化铝纳米颗粒的可持续转化研究

本研究针对铝加工废料回收难题，通过化学沉淀法将废弃铝屑转化为高附加值氧化铝纳米颗粒(AlNPs)，系统探究盐酸浓度(3-6 M)对产物形貌、粒径(7.22-17.30 nm)及纯度(76.9-88.7 wt.%)的影响，证实提高酸浓度可增强γ-Al2O3结晶度但加剧颗粒团聚，为铝废料资源化提供绿色解决方案。

　　

随着全球铝加工业的蓬勃发展，每年产生数百万吨难以降解的铝屑废料，这些来自门窗加工等场景的废弃物正成为发展中国家亟待解决的环境负担。传统熔铸回收法能耗高且产生二次废料，而氧化铝纳米颗粒(AlNPs)因其卓越的机械强度、热稳定性和生物相容性，在医疗植入体、药物载体和工业催化等领域展现出巨大潜力。如何将低值铝屑"变废为宝"转化为高附加值纳米材料，成为当前绿色化学研究的热点。

来自联邦理工学院Ado Ekiti的研究团队创新性地采用化学沉淀法，通过调控盐酸浓度(3-6 M)这一关键参数，成功将建筑铝窗加工废料转化为高纯度γ相氧化铝纳米颗粒。研究显示，提高酸浓度虽使产物纯度从76.9%提升至88.7%，但会导致颗粒尺寸从7.22 nm增大至17.30 nm并加剧团聚现象。这项工作为发展中国家实现铝废料原位资源化提供了技术范本，相关成果发表于《Sustainable Chemistry One World》。

关键技术方法包括：1) 铝屑超声清洗预处理；2) 梯度酸浓度(3-6 M HCl)溶解反应(120^oC, 2 h)；3) 4 M NaOH沉淀调控；4) 600^oC煅烧结晶；5) 综合运用XRF、XRD、TEM等技术表征材料特性。

【材料表征】XRF分析证实原料含铝89.73%，含铁、硅等杂质。TEM显示3 M HCl处理组获得最小粒径(7.22 nm)，而6 M组出现明显烧结现象。

【相态分析】XRD谱图确认所有产物均为γ-Al₂O₃，无α相特征峰，表明该方法可低温制备热力学亚稳相。

【纯度评估】ICP测试显示酸浓度与纯度呈正相关，6 M组达最高纯度88.7 wt.%，但残留Fe、Si等元素提示需优化纯化工艺。

【形貌演化】SEM图像揭示随着酸浓度增加，颗粒从离散态向珊瑚状团聚体转变，这与溶液过饱和度变化相关。

该研究证实化学沉淀法可有效转化铝加工废料为功能纳米材料，但需在纯度与粒径控制间取得平衡。特别值得注意的是，相比传统从铝土矿提取工艺需要1360^oC高温，该方法在600^oC即可获得γ-Al₂O₃，大幅降低能耗。作者Owoeye Seun Samuel等指出，该方法适合在电力基础设施薄弱地区推广，未来通过优化酸洗程序和引入表面活性剂，有望进一步提升产物单分散性。这项工作不仅为铝废料管理提供新思路，更为发展中国家发展纳米材料产业开辟了可持续路径。