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一文了解活性氧化铝制备方法及应用
2018年03月10日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:5178
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活性氧化铝因其具有比表面积大、孔结构可调、吸附性能好、表面具有酸性和热稳定性好等优点,作为吸附剂、净水剂、催化剂及催化剂载体等,广泛应用于医药、化工、冶金、水质净化、化学分析、废气治理等领域,特别是在石油加氢裂化、加氢精制、加氢重整、脱氢反应及汽车尾气净化等反应过程中发挥着重要作用。

 

一、活性氧化铝概述

1、活性氧化铝性质

1)比表面积大

活性氧化铝具有高的比表面积,合理控制氧化铝的培烧制度,可以制备比表面积高达360m2/g的活性氧化铝。利用NaAlO2分解所得胶状氢氧化铝作为原料,制备的活性氧化铝,其孔径非常细小,比表面积更可高达600m2/g。

 

活性氧化铝球

 

2)孔径结构可调

一般来说,用纯氢氧化铝培烧可以制得中等孔径的产品。以铝胶等制备活性氧化铝可以制得较小孔径的产品,而在制备活性氧化铝时加入某些有机物,如乙二醇、纤维,燃烧后可以制得较大孔径的活性氧化铝。

 

(3)表面具有酸性和热稳定性好

 

2、活性氧化铝的分类

1)γ系列低温氧化铝

其分子式可由通式Al2O3•nH2O表示,其中0<n<0.6,这种形态是在不超过600℃得脱水温度下生成,包括ρ、χ、η、γ-氧化铝、结晶情况不好。

 

2)δ系列高温氧化铝

δ系列高温氧化铝在800℃~1000℃天然产物称为分子剂,包括k、θ、δ-氧化铝等,相对结晶情况较好。

 

3)ρ-氧化铝

ρ-氧化铝是一种不定形体,是三水铝石快速加热脱水而成的,其重要的特性实再水化。

 

根据其水化特性,可以制备出许多不同品种的活性氧化铝制品,如棒状、球状等。

 

二、活性氧化铝制备

活性氧化铝粉体是将氢氧化铝,拟薄水铝石等氧化铝与不同添加剂混合后,控制不同焙烧条件而制得的,具体工艺流程如下:

 

活性氧化铝工艺流程图

 

1、活性氧化铝孔结构的调变

活性氧化铝孔结构的调变主要集中在前体拟薄水铝石制备、氧化铝载体成型过程及成型后处理等3个方面。

 

1)拟薄水铝石制备

拟薄水铝石制备过程对产物的孔结构有很大影响,制备主要包括成胶(或沉淀)、老化、干燥等步骤。

 

拟薄水铝石的常规制备方法有很多种,每种方法所得产品的物性区别也很大。例如,硝酸法制备的拟薄水铝石具有孔径分布窄的特点;用碱沉淀法在合适的中和条件下则可制备出大孔大比面积的γ-Al2O3 载体;而NaAlO2-CO2法则可制得孔径分布相对宽的拟薄水铝石。

 

2)γ-Al2O3载体成型时调控孔结构

γ-Al2O3载体成型时调控孔结构方法主要有:扩孔剂法、低温烧结法。

 

a、扩孔剂法:按其作用可分为物理扩孔剂和化学扩孔剂两类。

物理扩孔剂是利用在煅烧过程中分解成气体而逸出,释放出原来占有的空间优点是:方法简单。

 

化学扩孔剂是与拟薄水铝石发生化学作用,改变拟薄水铝石粒子大小和分散状态。优点是氧化铝形成的孔径效果好。

 

b、低温烧结法

低温烧结法在γ-Al2O3成型时添加烧结能力适中的低温烧结剂,调节烧结剂配方和加入量,使得氧化铝在较低温度下发生烧结反应,从而可有效地调控氧化铝的孔结构。

 

目前,低温烧结法是一种很有潜力调控载体孔结构的方法。

3)γ-Al2O3载体成型后调控孔结构

γ-Al2O3载体成型后调控孔结构方法主要是水热处理法和改变焙烧温度。

 

a、水热处理法

水热处理法也称水蒸气处理,具体来说就是将成型后的氧化铝在水蒸气存在下进行焙烧,是一种比较常用的化学扩孔法。

 

水热处理过程中氧化铝载体孔结构的变化主要原因是γ-Al2O3发生了再水合过程,生成了粒度较大的拟薄水铝石晶体,从而形成了较大的颗粒间隙孔,增大了载体的孔径,且随着处理温度的升高,孔径逐渐增大。

 

b、改变焙烧温度

焙烧包括脱水、脱羟基、粒子烧结、分解或脱除挥发性物质及烧去有机物等过程,这些过程都影响着最终的γ-Al2O3载体的孔结构。

 

需要特别注意的是:为保证氧化铝载体的性质,在其焙烧工序中必须控制适宜的焙烧温度和焙烧时间。

 

三、活性氧化铝的应用

活性氧化铝的应用领域主要是吸附领域和催化剂领域。

 

1、活性氧化铝在吸附领域的应用

用作吸附剂,是活性氧化铝的主要用途之一,这主要是由于其本身具有比表面积大、孔隙结构合理、物理性能好,化学稳定性好等许多有利因素。其重要的工业应用包括干燥气体、干燥液体、净化处理水、石油工业的选择吸附等。

 

活性氧化铝应用于吸附式干燥机

 

1)气体干燥方面的应用

由于活性氧化铝和水有很强的亲合力,因此它对气体中水份的干燥能力是非常强的,它可以干燥乙炔、氢气、氧气、空气、氮气等二十余种气体。

 

2)在液体干燥方面的应用

液体干燥较气体干燥要复杂得多,而且对干燥剂的要求也相对较高。首先,液体与吸附剂接触时,液体各组分之间及液体与氧吸附剂之间不能发生化学反应,其次干燥液体的吸附的物质在再生时能够被冲刷掉。目前证明可以被氧化铝干燥的液体有共香烃类、高分子烯烃类、汽油、煤油等。

 

3)在水质净化方面的应用 

活性氧化铝在水质净化领域的发展是非常迅速的,对水质的处理主要集中在氟化物的去除颜色及气味的消除磷酸盐的去除

 

活性氧化铝应用于水质净化

 

2、活性氧化铝在催化剂领域的应用

在许多工业催化过程中氧化铝不仅本身用作催化剂,而且大量地用作催化剂活性组分的载体,而且,随着活性氧化铝催化剂载体成形方法的改进,多种方法被应用于催化剂载体行业

 

活性氧化铝应用于石油领域的催化剂载体

 

作者:李波涛

 


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