今天聊下多品种氧化铝家族中知名度不太高的材料--拟薄水铝石(Pseudo-boehmite，简称PB粉，其化学式为AlOOH·nH₂O，n＝0.08～0.62)，也称假一水软铝石，其组成不确定，典型结构为很薄的褶皱片层，晶体粒径比薄水铝石小, 含水量比薄水铝石大, 是一种结晶度不够完整的一水软铝石, 具有高比表面积、胶溶性好、黏结性强和孔容大等特点, 是一种用途广泛的化工原料。拟薄水铝石产品无味、无臭，产品通常是白色胶状（湿品）或粉状（干品）。

拟薄水铝石在一定条件下的焙烧产物γ-Al₂O₃在Claus反应、催化重整、加氢精制(加氢脱硫、加氢脱氮及加氢脱金属等)、加氢裂解和汽车尾气净化等领域中广泛用作催化剂载体，也可以直接用作醇类脱水制烯烃的催化剂。拟薄水铝石遇酸发生可逆反应并产生溶胶现象，利用这种特性可以将其用作粘合剂，例如，用作硅酸铝耐火纤维的粘结剂。拟薄水铝石及其衍生物还可用于制备无机膜、生物陶瓷或用做高效无毒阻燃剂等^[1]。

一、拟薄水铝石为何与催化剂很般配？

拟薄水铝石在催化剂制备中具有广泛用途，主要归因于其独特的物理化学特性，使其能够兼作催化剂载体和粘接剂，并有效提升催化剂的性能。

1、结构可控，孔隙率高。拟薄水铝石的比表面积高、孔径可调，可在焙烧后转化为高比表面积的γ-Al₂O₃，同时，拟薄水铝石表面富含羟基，有助于活性组分（金属、金属氧化物和金属硫化物等）纳米粒子的负载和分散，保证催化剂的良好分散性和高活性。

2、胶溶性好、黏结性强。拟薄水铝石作为催化剂的粘结剂，既可以保证催化剂成型体的强度，还利于提高催化剂的活性，可适用于挤出、喷雾造粒、压片、成球等多种成型工艺，能够制备出球形、柱状、蜂窝状等多种形态的催化剂。

各种形态的催化剂载体

二、拟薄水铝石在催化剂行业的应用

①催化剂载体

石油行业使用的催化裂化(Fluid Catalytic Cracking，FCC)催化剂普遍采用γ-Al₂O₃作为活性载体（基质），为重油分子提供扩散所需孔道的同时也提供一定酸性，起到催化作用。固定床渣油加氢催化剂载体也是γ-Al₂O₃，其质量占比可达85%，主要起到分散金属催化活性中心、提供扩散所需孔道及提高催化剂机械强度等作用。随着原油资源的重、劣质化，重油加工过程，如固定床渣油加氢、重油催化裂化，对其催化剂载体均提出了大孔要求以满足重油大分子在催化剂孔道内的传质扩散所需，因此，制备适用于重油加工的大孔γ-Al₂O₃载体受到越来越多的关注^[2]。

图片来源：中国石油化工

γ-Al₂O₃通常由拟薄水铝石或薄水铝石高温煅烧脱水制得，与薄水铝石相比，拟薄水铝石具有较高的比表面积和较大的孔体积^[3]，因而降低了反应物在催化剂孔道内的扩散阻力，提高了活性组分分散度，从而提高催化剂的催化性能。除此以外，拟薄水铝石胶溶性能强，还可作为粘结剂增强催化剂的耐磨损性能。因此在石油化工行业中多采用拟薄水铝石为前驱体制备γ-Al₂O₃。γ-Al₂O₃孔结构等物化性质很大程度上取决于前驱物PB，制备大孔γ-Al₂O₃的前提是获得具有较大孔容和孔分布集中的PB，因此大孔容拟薄水铝石的制备是重点研究方向。相关阅读：大孔拟薄水铝石的扩孔方法有哪些？

目前，工业上特别是炼化领域，制备拟薄水铝石多采用沉淀法和醇铝水解法。沉淀法与醇铝水解法的对比如下：

②催化剂粘结剂   

工业催化剂组成中除分子筛和活性金属外, 在成型时常常加入酸化拟薄水铝石黏结剂（胶溶拟薄水铝石）, 一方面可提高催化剂的机械强度和耐磨性能, 另一方面可作为载体调变催化剂的孔结构和酸性。在催化剂制备过程中黏结剂经过高压挤出和高温焙烧, 与分子筛发生交互作用而影响催化剂活性。

拟薄水铝石加酸胶溶制备胶溶拟薄水铝石反应过程可分为4个步骤：①拟薄水铝石的胶解。酸铝比（盐酸与氧化铝的质量比）在0～0.03之间时，拟薄水铝石表面的OH-吸附酸中的H+，形成带正电荷的胶核，颗粒尺寸急剧下降到3nm 左右，酸铝比越高，形成的颗粒尺寸越小；②扩散双电层的形成。酸铝比在0.03～0.04之间时，胶核在外围吸附阴离子构成双电层结构，形成带负电的胶粒，随着阴离子的增加，粒子彼此碰撞而聚集，粒径上升至10nm 左右；③溶胶粒子的稳定化。酸铝比在0.05～0.06之间时，以酸中的H+为“酸性桥”将多个拟薄水铝石颗粒以网状形式连接在一起而形成溶胶。但酸的加入量不宜过多，如果酸过量，H+不再被颗粒表面羟基吸附，直接进入到溶剂中，使得溶胶体系的H+浓度显著增大，溶胶体系开始变得不稳定，且易于生成铝盐。

③制备γ氧化铝涂层

在载体上涂覆一层高表面的活性涂层是提高载体（例如用于汽车尾气催化剂的堇青石蜂窝陶瓷载体）比表面积的常用方法，γ氧化铝是目前最为常用的涂层材料，具有高的比表面积，有助于活性组分在浸渍过程中的有效分布，常用的制备γ氧化铝涂层的前驱体为AlOOH溶胶，这种铝溶胶以拟薄水铝石为原料，通过酸胶溶的方法制备，工艺简单易控，可用于工业化生产。

汽车尾气净化器结构

蜂窝状陶瓷载体被普遍用于汽车尾气催化剂。薄壁、孔径高的堇青石蜂窝陶瓷载体物理强度大、耐热性好、耐冲击，但比表面积普遍较小。因此，为提高比表面积，常把比表面积较大的活性氧化铝涂覆在这种陶瓷载体上，再将催化剂的活性组分涂覆在活性氧化铝的表面^[4]。

总结：拟薄水铝石是众多工业催化剂（如FCC催化剂、加氢催化剂、醇类制烯烃催化剂等）的关键载体，是高效催化剂的“幕后功臣”，是催化剂行业不可或缺的组成，默默支撑着石油化工、环境治理、精细化工等多个行业。相比活性氧化铝、分子筛等催化材料，拟薄水铝石的知名度不高，但应用广泛、不可替代，是真正的“催化剂界隐形冠军”。

参考资料：

1、一种拟薄水铝石的制备方法CN1803621A

2、杨永佳,张新昇,李金,等.大孔拟薄水铝石和γ-Al2O3载体制备研究进展[J].过程工程学报,2021

3、李雪礼,贾石河,曹庚振,等.拟薄水铝石和薄水铝石性质的差异化研究[J].石化技术与应用,2018

4、王波,王桂林,孙立柱,等.汽车尾气净化器中活性氧化铝涂层性能改进综述[J].河北工业科技,2017

编辑整理：粉体圈Alpha