一文讀懂活性氧化鋁的應(yīng)用跟制備

γ-Al 2 O 3 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(wěn)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-Al 2 O 3 產(chǎn)品。由于具有不完善的晶體結(jié)構(gòu)，且孔結(jié)構(gòu)具有可調(diào)節(jié)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(lǐng)域應(yīng)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(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。

活性氧化鋁球

01

活性氧化鋁的應(yīng)用

①

活性氧化鋁在催化劑載體方面的應(yīng)用

在功能簡單的催化反應(yīng)中，γ-Al2 O3 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-Al2 O3 為載體，采用溶膠-凝膠法制備了負(fù)載型的復(fù)合光催化劑。韓雪等將AlCl3 蒸氣負(fù)載到多孔的γ-Al2 O3 載體上，將制備的催化劑用于異丁烯的催化聚合反應(yīng)，載體為大孔和介孔雙峰結(jié)構(gòu)的γ-Al2 O3 負(fù)載型催化劑具有很好的催化活性和較高的穩(wěn)定性。

②

活性氧化鋁在催化劑方面的應(yīng)用

γ-Al2 O3 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(yīng)體系中。李強(qiáng)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(jié)果表明，在FCC催化劑制備及應(yīng)用條件下，活性氧化鋁保持比較穩(wěn)定的比表面積、孔容和酸性等性能。

③

活性氧化鋁在水質(zhì)凈化領(lǐng)域的應(yīng)用

活性氧化鋁在水質(zhì)凈化領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，對水質(zhì)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(shù)處置超標(biāo)含As污水(水中As質(zhì)量濃度在0.100～0.250mg/L之間)時，處理效果顯著，去除率集中于70%～80%之間，該技術(shù)使用后的活性氧化鋁處理后可循環(huán)使用，與其他方法相比減少了As在水體中的沉積和轉(zhuǎn)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(yīng)用

活性氧化鋁與水之間有比較強(qiáng)的親合力，因而它有較強(qiáng)的干燥能力，在一般用的工業(yè)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(xué)穩(wěn)定性好，僅僅一小部分氣體同它起化學(xué)反應(yīng)，它可以干燥二十余種氣體。

⑤

活性氧化鋁在吸附領(lǐng)域的應(yīng)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(jié)構(gòu)合理、化學(xué)穩(wěn)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(jìn)行比較，結(jié)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。

02

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(jù)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(zhì)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(chǎn)品。酸沉淀法工藝簡單，重復(fù)性好，制備出的擬薄水鋁石的比表面大，生產(chǎn)效率高，環(huán)境污染小，但產(chǎn)品中的陰離子難以完全除去。

堿沉淀法。即用堿性物質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，雜質(zhì)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(zhì)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(jīng)老化、過濾、干燥得到高質(zhì)量的擬薄水鋁石，經(jīng)最終脫水制得的γ-Al 2 O 3 純度非常高，而且產(chǎn)品晶型好，孔結(jié)構(gòu)容易控制，但是該方法生產(chǎn)氧化鋁成本較高，價格昂貴，目前國內(nèi)對這種方法的研究和應(yīng)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CO 2 和NaAlO 2 反應(yīng)，最終制備出γ-Al 2 O 3 載體。碳化法的工藝思路是在偏鋁酸鈉(NaAlO 2 )溶液中通入CO 2 。由于這種方法能結(jié)合鋁廠的實際情況，利用工業(yè)上由鋁礬土生產(chǎn)氫氧化鋁的中間體鋁酸鈉溶液經(jīng)碳化法制備是一條經(jīng)濟(jì)路線，可簡化工藝路線及設(shè)備，減少環(huán)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(huán)六亞甲基四胺溶液混合，滴入在熱油柱中膠凝成球，再經(jīng)老化、洗滌、干燥、煅燒制得氧化鋁。此法制得的γ-Al2 O3 小球，其特點是低密度、大孔容，而且強(qiáng)度較好，生產(chǎn)中小球洗滌方便，且省掉了過濾工序，易于實現(xiàn)連續(xù)化。

③

檸檬酸法

譚亞南等將結(jié)晶氯化鋁與檸檬酸及淀粉等造孔劑混合，經(jīng)直接干燥和焙燒制得了一種無定形活性氧化鋁，與常規(guī)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(jié)省大量用水，免去污水排放。

03

活性氧化鋁的改性

為了克服氧化鋁的高溫?zé)Y(jié)以及相變引起的比表面積下降、孔結(jié)構(gòu)破壞等一系列問題，各國學(xué)者開展了對氧化鋁熱穩(wěn)定性的改性研究，主要采用的方法為：改進(jìn)制備工藝、添加助劑以及生成新的物質(zhì)。改進(jìn)制備工藝可以改善氧化鋁顆粒的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，減少比表面的損失；添加助劑可以抑制顆粒的燒結(jié)，穩(wěn)定氧化鋁的晶型結(jié)構(gòu)，提高相轉(zhuǎn)變溫度；生成新的物質(zhì)是指在氧化鋁上生成新的高溫穩(wěn)定，且具有一定比表面積的物質(zhì)來改善氧化鋁的穩(wěn)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-Al 2 O 3 的高溫?zé)岱€(wěn)定性。經(jīng)過多年的實踐總結(jié)，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(xiàn)在國內(nèi)外多采用稀土La、Ce、堿土金屬Ba對氧化鋁進(jìn)行改性，從而提高活性氧化鋁的穩(wěn)定性。

小結(jié)

隨著化工日益發(fā)展和對環(huán)境保護(hù)日益重視，市場對γ-Al 2 O 3 的需求量正迅速增長，對γ-Al 2 O 3 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(guān)。目前在工業(yè)上，低成本、綠色環(huán)保的碳化法生產(chǎn)γ-Al 2 O 3 載體工藝逐漸普及，溶膠-凝膠法也正成為載體制備領(lǐng)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(wěn)定性和抗水合性良好的γ-Al 2 O 3 載體也將越來越得到人們的重視。