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活性氧化鋁的應用及其制備與改性

瀏覽: 作者: 來源: 時間:2019-04-27 分類:新聞
活性氧化鋁的應用及其制備與改性
[導讀]  隨著化工日益發展和對環境保護日益重視,市場對γ-Al2O3的需求量正迅速增長,對γ-Al2O3載體的性能提出了更高的要求,而制備方法與性能密切相關。

中國粉體網訊  γ-Al2O3作為一種活性氧化鋁,具備多孔性、高分散度、高比表面積、良好的吸附性、熱穩定性和表面酸性,并且通過控制制備條件可制得不同比表面積和孔容的γ-Al2O3產品。由于具有不完善的晶體結構,且孔結構具有可調節性,作催化劑載體具有耐高溫、抗氧化的特點,是催化劑載體領域應用最為廣泛的品種,其在石油化工、生物化工以及膜處理等工業中的應用越來越廣泛。



活性氧化鋁球(來源:網絡)

1、活性氧化鋁的應用

(1)活性氧化鋁在催化劑載體方面的應用

在功能簡單的催化反應中,γ-Al2O3并不直接參與催化過程,其作用是稀釋,支撐和分散貴金屬。王奎等以γ-Al2O3為載體,采用溶膠-凝膠法制備了負載型的復合光催化劑。韓雪等將AlCl3蒸氣負載到多孔的γ-Al2O3載體上,將制備的催化劑用于異丁烯的催化聚合反應,載體為大孔和介孔雙峰結構的γ-Al2O3負載型催化劑具有很好的催化活性和較高的穩定性。

(2)活性氧化鋁在催化劑方面的應用

γ-Al2O3具有明顯的吸附劑特征,并能活化許多鍵,因此可直接作為活性催化劑加入反應體系中。李強等采用N2吸附法、IR和XRD等手段研究了活性氧化鋁用于催化裂化(FCC)催化劑中的性能,結果表明,在FCC催化劑制備及應用條件下,活性氧化鋁保持比較穩定的比表面積、孔容和酸性等性能。

(3)活性氧化鋁在水質凈化領域的應用

活性氧化鋁在水質凈化領域的發展非常迅速,對水質的處理主要集中在以下幾個方面:氟化物的去除,磷化物的去除,有毒金屬離子的去除等。汪洪洋等以活性氧化鋁吸附技術處置超標含As污水(水中As質量濃度在0.100~0.250 mg/L之間)時,處理效果顯著,去除率集中于70%~80%之間,該技術使用后的活性氧化鋁處理后可循環使用,與其他方法相比減少了As在水體中的沉積和轉移,避免了二次污染,大大降低了處置成本。

(4)活性氧化鋁在干燥方面的應用

活性氧化鋁與水之間有比較強的親合力,因而它有較強的干燥能力,在一般用的工業干燥劑里面,無水硫酸銅、氧化鈣等的干燥能力低于活性氧化鋁。氧化鋁能干燥很多種氣體,是因為氧化鋁的化學穩定性好,僅僅一小部分氣體同它起化學反應,它可以干燥二十余種氣體。

(5)活性氧化鋁在吸附領域的應用

用作吸附劑也是活性氧化鋁的用途之一,這主要是因為活性氧化鋁比表面積大、孔隙結構合理、化學穩定性好等因素。管蒙蒙等在sol-gel法制備多孔氧化鋁及其對甲醛的吸附研究中,采用溶膠凝膠法制備出多孔活性氧化鋁,釆用XRD、熱分析等表征手段分析,而且研究了氧化鋁吸附性能受造孔劑添加量的影響。研究了用不同工藝制備的活性氧化鋁對甲醛的吸附性能,并與用高錳酸鉀處理過的氧化鋁進行比較,結果表明實驗制備的活性氧化鋁對甲醛有較高的吸附能力,聚乙烯醇(PVA)能夠提高活性氧化鋁的吸附能力。

2、活性氧化鋁的制備工藝

(1)脫水法

活性氧化鋁一般是通過氫氧化鋁在450~600℃間加熱脫水制得,根據原料的不同,主要有以下幾種合成氫氧化鋁的方法:

酸沉淀法。即用酸性物質去中和堿性的鋁鹽溶液。先用酸從鋁酸鹽溶液沉淀出一水合氧化鋁,再通過老化、洗滌、干燥等過程得到氫氧化鋁,常被稱為酸沉淀法(堿法)。其中硝酸法是目前常用的一種方法,可以制備出孔徑分布窄、成型性能較好的擬薄水鋁石產品。酸沉淀法工藝簡單,重復性好,制備出的擬薄水鋁石的比表面大,生產效率高,環境污染小,但產品中的陰離子難以完全除去。

堿沉淀法。即用堿性物質去中和酸性的鋁鹽溶液。用堿從鋁鹽溶液沉淀出一水合氧化鋁,再通過老化、洗滌、干燥等過程得到擬薄水鋁石產品,該法常被稱為堿沉淀法(酸法)。該法以氯化鋁和氨水為原料,產品質量穩定,雜質脫除容易,不易生成三水氧化鋁,在相同制備條件下,晶粒完整,晶粒較大。其缺點是對原料的純度要求高,要完全除去雜質陰離子較困難。

醇鋁水解法。醇鋁水解生成一水合氧化鋁,再經老化、過濾、干燥得到高質量的擬薄水鋁石,經最終脫水制得的γ-Al2O3純度非常高,而且產品晶型好,孔結構容易控制,但是該方法生產氧化鋁成本較高,價格昂貴,目前國內對這種方法的研究和應用較少,而國外常用這種方法。

碳化法。碳化法制備擬薄水鋁石利用CO2和NaAlO2反應,最終制備出γ-Al2O3載體。碳化法的工藝思路是在偏鋁酸鈉(NaAlO2)溶液中通入CO2。由于這種方法能結合鋁廠的實際情況,利用工業上由鋁礬土生產氫氧化鋁的中間體鋁酸鈉溶液經碳化法制備是一條經濟路線,可簡化工藝路線及設備,減少環境污染。

(2)溶膠凝膠法

此法是將金屬鋁煮解在鹽酸或氯化鋁溶液中,得到透明無色的鋁溶膠。而后將鋁溶膠與環六亞甲基四胺溶液混合,滴入在熱油柱中膠凝成球,再經老化、洗滌、干燥、煅燒制得氧化鋁。此法制得的γ-Al2O3小球,其特點是低密度、大孔容,而且強度較好,生產中小球洗滌方便,且省掉了過濾工序,易于實現連續化。

(3)檸檬酸法

譚亞南等將結晶氯化鋁與檸檬酸及淀粉等造孔劑混合,經直接干燥和焙燒制得了一種無定形活性氧化鋁,與常規的活性氧化鋁制備方法相比,這種制法省去了中和、老化、過濾和洗滌等步驟,縮短制備周期且過程容易控制。無需配制酸溶液和堿溶液,從而節省大量用水,免去污水排放。

3、活性氧化鋁的改性

為了克服氧化鋁的高溫燒結以及相變引起的比表面積下降、孔結構破壞等一系列問題,各國學者開展了對氧化鋁熱穩定性的改性研究,主要采用的方法為:改進制備工藝、添加助劑以及生成新的物質。改進制備工藝可以改善氧化鋁顆粒的結構和形態,減少比表面的損失;添加助劑可以抑制顆粒的燒結,穩定氧化鋁的晶型結構,提高相轉變溫度;生成新的物質是指在氧化鋁上生成新的高溫穩定,且具有一定比表面積的物質來改善氧化鋁的穩定性。

目前研究較多的主要是通過添加助劑的方式來提高γ-Al2O3的高溫熱穩定性。經過多年的實踐總結,用作改性氧化鋁的添加劑基本為5大類,即稀土元素、堿土元素、過渡金屬、二氧化硅和其它氧化物?,F在國內外多采用稀土La、Ce、堿土金屬Ba對氧化鋁進行改性,從而提高活性氧化鋁的穩定性。

小結:

隨著化工日益發展和對環境保護日益重視,市場對γ-Al2O3的需求量正迅速增長,對γ-Al2O3載體的性能提出了更高的要求,而制備方法與性能密切相關。目前在工業上,低成本、綠色環保的碳化法生產γ-Al2O3載體工藝逐漸普及,溶膠-凝膠法也正成為載體制備領域新的研究熱點。另一方面,制備出大比表面積、適宜孔徑分布及熱穩定性和抗水合性良好的γ-Al2O3載體也將越來越得到人們的重視。


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