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活性氧化铝的应用及其制备与改性

浏览:2 作者: 来源: 时间:2019-04-27 分类:新闻
活性氧化铝的应用及其制备与改性
[导读]  随着化工日益发展和对环境保护日益重视,市场对γ-Al2O3的需求量正迅速增长,对γ-Al2O3载体的性能提出了更高的要求,而制备方法与性能密切相关。

中国粉体网讯  γ-Al2O3作为一种活性氧化铝,具备多孔性、高分散度、高比表面积、良好的吸附性、热稳定性和表面酸性,并且通过控制制备条件可制得不同比表面积和孔容的γ-Al2O3产品。由于具有不完善的晶体结构,且孔结构具有可调节性,作催化剂载体具有耐高温、抗氧化的特点,是催化剂载体领域应用最为广泛的品种,其在石油化工、生物化工以及膜处理等工业中的应用越来越广泛。



活性氧化铝球(来源:网络)

1、活性氧化铝的应用

(1)活性氧化铝在催化剂载体方面的应用

在功能简单的催化反应中,γ-Al2O3并不直接参与催化过程,其作用是稀释,支撑和分散贵金属。王奎等以γ-Al2O3为载体,采用溶胶-凝胶法制备了负载型的复合光催化剂。韩雪等将AlCl3蒸气负载到多孔的γ-Al2O3载体上,将制备的催化剂用于异丁烯的催化聚合反应,载体为大孔和介孔双峰结构的γ-Al2O3负载型催化剂具有很好的催化活性和较高的稳定性。

(2)活性氧化铝在催化剂方面的应用

γ-Al2O3具有明显的吸附剂特征,并能活化许多键,因此可直接作为活性催化剂加入反应体系中。李强等采用N2吸附法、IR和XRD等手段研究了活性氧化铝用于催化裂化(FCC)催化剂中的性能,结果表明,在FCC催化剂制备及应用条件下,活性氧化铝保持比较稳定的比表面积、孔容和酸性等性能。

(3)活性氧化铝在水质净化领域的应用

活性氧化铝在水质净化领域的发展非常迅速,对水质的处理主要集中在以下几个方面:氟化物的去除,磷化物的去除,有毒金属离子的去除等。汪洪洋等以活性氧化铝吸附技术处置超标含As污水(水中As质量浓度在0.100~0.250 mg/L之间)时,处理效果显著,去除率集中于70%~80%之间,该技术使用后的活性氧化铝处理后可循环使用,与其他方法相比减少了As在水体中的沉积和转移,避免了二次污染,大大降低了处置成本。

(4)活性氧化铝在干燥方面的应用

活性氧化铝与水之间有比较强的亲合力,因而它有较强的干燥能力,在一般用的工业干燥剂里面,无水硫酸铜、氧化钙等的干燥能力低于活性氧化铝。氧化铝能干燥很多种气体,是因为氧化铝的化学稳定性好,仅仅一小部分气体同它起化学反应,它可以干燥二十余种气体。

(5)活性氧化铝在吸附领域的应用

用作吸附剂也是活性氧化铝的用途之一,这主要是因为活性氧化铝比表面积大、孔隙结构合理、化学稳定性好等因素。管蒙蒙等在sol-gel法制备多孔氧化铝及其对甲醛的吸附研究中,采用溶胶凝胶法制备出多孔活性氧化铝,釆用XRD、热分析等表征手段分析,而且研究了氧化铝吸附性能受造孔剂添加量的影响。研究了用不同工艺制备的活性氧化铝对甲醛的吸附性能,并与用高锰酸钾处理过的氧化铝进行比较,结果表明实验制备的活性氧化铝对甲醛有较高的吸附能力,聚乙烯醇(PVA)能够提高活性氧化铝的吸附能力。

2、活性氧化铝的制备工艺

(1)脱水法

活性氧化铝一般是通过氢氧化铝在450~600℃间加热脱水制得,根据原料的不同,主要有以下几种合成氢氧化铝的方法:

酸沉淀法。即用酸性物质去中和碱性的铝盐溶液。先用酸从铝酸盐溶液沉淀出一水合氧化铝,再通过老化、洗涤、干燥等过程得到氢氧化铝,常被称为酸沉淀法(碱法)。其中硝酸法是目前常用的一种方法,可以制备出孔径分布窄、成型性能较好的拟薄水铝石产品。酸沉淀法工艺简单,重复性好,制备出的拟薄水铝石的比表面大,生产效率高,环境污染小,但产品中的阴离子难以完全除去。

碱沉淀法。即用碱性物质去中和酸性的铝盐溶液。用碱从铝盐溶液沉淀出一水合氧化铝,再通过老化、洗涤、干燥等过程得到拟薄水铝石产品,该法常被称为碱沉淀法(酸法)。该法以氯化铝和氨水为原料,产品质量稳定,杂质脱除容易,不易生成三水氧化铝,在相同制备条件下,晶粒完整,晶粒较大。其缺点是对原料的纯度要求高,要完全除去杂质阴离子较困难。

醇铝水解法。醇铝水解生成一水合氧化铝,再经老化、过滤、干燥得到高质量的拟薄水铝石,经最终脱水制得的γ-Al2O3纯度非常高,而且产品晶型好,孔结构容易控制,但是该方法生产氧化铝成本较高,价格昂贵,目前国内对这种方法的研究和应用较少,而国外常用这种方法。

碳化法。碳化法制备拟薄水铝石利用CO2和NaAlO2反应,最终制备出γ-Al2O3载体。碳化法的工艺思路是在偏铝酸钠(NaAlO2)溶液中通入CO2。由于这种方法能结合铝厂的实际情况,利用工业上由铝矾土生产氢氧化铝的中间体铝酸钠溶液经碳化法制备是一条经济路线,可简化工艺路线及设备,减少环境污染。

(2)溶胶凝胶法

此法是将金属铝煮解在盐酸或氯化铝溶液中,得到透明无色的铝溶胶。而后将铝溶胶与环六亚甲基四胺溶液混合,滴入在热油柱中胶凝成球,再经老化、洗涤、干燥、煅烧制得氧化铝。此法制得的γ-Al2O3小球,其特点是低密度、大孔容,而且强度较好,生产中小球洗涤方便,且省掉了过滤工序,易于实现连续化。

(3)柠檬酸法

谭亚南等将结晶氯化铝与柠檬酸及淀粉等造孔剂混合,经直接干燥和焙烧制得了一种无定形活性氧化铝,与常规的活性氧化铝制备方法相比,这种制法省去了中和、老化、过滤和洗涤等步骤,缩短制备周期且过程容易控制。无需配制酸溶液和碱溶液,从而节省大量用水,免去污水排放。

3、活性氧化铝的改性

为了克服氧化铝的高温烧结以及相变引起的比表面积下降、孔结构破坏等一系列问题,各国学者开展了对氧化铝热稳定性的改性研究,主要采用的方法为:改进制备工艺、添加助剂以及生成新的物质。改进制备工艺可以改善氧化铝颗粒的结构和形态,减少比表面的损失;添加助剂可以抑制颗粒的烧结,稳定氧化铝的晶型结构,提高相转变温度;生成新的物质是指在氧化铝上生成新的高温稳定,且具有一定比表面积的物质来改善氧化铝的稳定性。

目前研究较多的主要是通过添加助剂的方式来提高γ-Al2O3的高温热稳定性。经过多年的实践总结,用作改性氧化铝的添加剂基本为5大类,即稀土元素、碱土元素、过渡金属、二氧化硅和其它氧化物。现在国内外多采用稀土La、Ce、碱土金属Ba对氧化铝进行改性,从而提高活性氧化铝的稳定性。

小结:

随着化工日益发展和对环境保护日益重视,市场对γ-Al2O3的需求量正迅速增长,对γ-Al2O3载体的性能提出了更高的要求,而制备方法与性能密切相关。目前在工业上,低成本、绿色环保的碳化法生产γ-Al2O3载体工艺逐渐普及,溶胶-凝胶法也正成为载体制备领域新的研究热点。另一方面,制备出大比表面积、适宜孔径分布及热稳定性和抗水合性良好的γ-Al2O3载体也将越来越得到人们的重视。


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