_氧化铝载体合成的研究

第32卷第6期辽 宁 化 工Vol.32,No.6 2003年6月Liaoning Chemical Industry June,2003 -氧化铝载体合成的研究

彭绍忠,王继锋

(抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺113001)

摘 要: 对以氯化铝和氨水为原料制备氧化铝的过程进行了考察,着重考察中和的温度、pH值、

反应物浓度和老化条件对 -Al

2O

3

对氧化铝孔结构的影响。在试验范围内,氯化铝浓度对氧化铝孔容

和比表面积影响不大,提高中和温度,氧化铝的孔容和比表面积增加高,高p H有利于提高孔容和比表面积;老化时间和温度对氧化铝孔结构没有明显的影响。

关 键 词: 氧化铝;中和;载体

中图分类号: TQ426.65 文献标识码: A 文章编号: 10040935(2003)06024103

活性氧化铝是最重要的催化剂载体之一,在石油加工催化剂领域应用广泛。迄今已知氧化铝有8种晶态,其中 -Al2O3具有较高的孔容、比表面积和热稳定性,因此得到广泛的应用。催化剂载体的重要性质之一是它的孔结构特征,它的孔结构决定催化剂的孔结构。对催化剂载体孔结构的要求首先是提供尽可能大的反应接触面积,提高活性组分的分散度,其次是孔径,孔径过大,载体的比表面积就会减小,孔径过小,给反应物的扩散带来不利的影响,从而影响催化剂的活性。因此,孔结构适宜的 -Al2O3成为催化剂开发的重要课题之一。针对这个问题,抚顺石油化工研究院开展 -Al2O3合成的研究工作。 -Al2O3可以通过拟薄水铝石脱水制备,拟薄水铝石合成方法主要有以下3种,即铝盐与氨水中和、强酸或强酸的铝盐中和铝酸钠以及烷基铝水解。强酸或强酸的铝盐中和铝酸钠制备氧化铝,生产效率高,环境污染小,但是用于中和的2种物料是强酸和强碱,因此反应体系稳定性差,容易造成产品质量波动,当局部碱性过强时,易生成三水氧化铝;烷基铝水解制备氧化铝可以得到纯度非常高的氧化铝,但是该方法生产的氧化铝成本较高;以氯化铝和氨水为原料,产品质量稳定,杂质脱出容易,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,因此本文针对以氯化铝和氨水为原料制备氧化铝的过程进行了考察。利用中和方法制备氧化铝,由于反应体系非常复杂,反应种类繁多,在制备过程中任何环节发生细微的变化都可能影响最终产品的结构,可以说几乎氧化铝制备的各个方面因素都或多或少地影响氧化铝的孔结构。影响氧化铝孔结构的主要因素有:反应物浓度、中和的温度、pH值、以及老化条件等,本文着重论述这几个因素对 -Al2O3孔结构的影响。

1 实 验

1.1 试剂和仪器

氯化铝溶液(工业用氯化铝溶液配制);氨水(分析纯,沈阳化学试剂厂);孔结构采用美国ASAP2400低温氮吸附仪测定。

1.2 试验方法

采用连续罐成胶方式中和,制备主要流程如下:

氨 水

氯化铝溶液

连续成胶老化压滤洗涤

干燥粉碎ALO(OH)干胶粉 其中,助剂在中和过程中加入AlO(OH)干胶粉焙烧后分析孔结构。

收稿日期: 2003-03-17

作者简介: 彭绍忠(1969-),男,工程师。

2 结果与讨论

2.1 中和条件对氧化铝孔结构影响

氧化铝载体的孔主要是由小粒子堆积形成,因此粒子的大小和堆积方式决定了载体的孔结构和比表面积,如果小粒子的粒径分布窄,则载体孔分布集中。反之,则载体孔分布弥散,但是大小粒子相互填充,所得的载体的孔容和比表面积大,胶体粒子的沉淀分3阶段:过饱和、成核及核的生长。工作液的浓度,中和温度、pH 值不仅影响溶液的过饱和度,同时还影响成核及核的生长速度,因此工作液的浓度、中和温度、pH 值是影响载体孔结构的主要因素。

2.1.1 氯化铝浓度对氧化铝孔结构的影响溶液与晶核的生成和生长速度有密切关系,当所用的溶液为稀溶液时,则沉淀出现时间长而所得晶粒大,反之则快速出现大量的小晶粒[1]

。首先考察了氯化铝浓度对氧化铝孔结构的影响,结果见图1,由图1可见,在所考察的三氯化铝浓度范围内,浓度对氧化铝孔容和比表面积影响不大,这表明当三氯化铝浓度在较低的范围内变化时,浓度对晶核的生成和生长的影响并不大,因此可以考虑适当提高三氯化铝浓度,以提高生产效率,但提高浓度使小晶粒生成量增加,不利于制

备较窄孔分布的氧化铝。

图1 氯化铝浓度对氧化铝孔结构的影响

最小值

最大值孔容 mL g

-1

1.063 1.075比表面积 m 2 g -1

247

259

2.1.2 中和温度对氧化铝孔结构的影响

保持其它条件不变,考察中和温度对氧化铝孔结构的影响,不同中和温度下的试验结果见图2。由图2可知,在试验温度变化范围内,当中和

温度较低时,提高中和温度,氧化铝孔容和比表面

积增加,中和温度进一步提高,氧化铝孔结构变化不大。溶液的过饱和度随温度的升高而降低,在较低的温度时,虽然溶液过饱和度大,但是分子的能量低,晶核的生成速度仍然较慢,提高中和温度,溶液过饱和度下降,但分子运动速度加快,因而提高中和温度,可以提高晶体的生成速率,同时提高温度也导致不同晶面间的相对生长速率的变化,所以,中和温度改变不仅带来孔结构的变化,而且可能带来晶型的转变[2]

;当温度升高到一定

程度时,过饱和度下降过多,晶核生成速度不再发

生明显变化。

图2 中和温度对孔结构的影响

最小值

最大值孔容 mL g -1

0.448 1.031比表面积 m 2 g -1

196256

2.1.3 中和pH 对氧化铝孔结构的影响

pH 主要影响晶体的生长过程,保持其它条件不变,考察中和pH 对氧化铝孔结构的影响,不同中和pH 下的试验结果见图3。由图3可见,在试验pH 变化范围内,高pH 有利于提高孔容和比表面积。在一定温度和pH 范围内,随着pH 的升高,晶型逐渐由无定型拟薄水铝石 -三

水铝石转变[3]

。因此,在一定范围内提高中和

pH,

图3 中和p H 对孔结构的影响

最小值

最大值孔容 mL g

-1

0.546 1.218比表面积 m 2 g -1

228290

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