綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)０?正文)4.doc

化學(xué)化工學(xué)院 材化0802班 學(xué)生高芒芒 綜合實(shí)驗(yàn) 第 5 頁 共 5頁球型氧化鋁的制備材化0802高芒芒摘要：介紹了用油柱成型方法制備球形氧化鋁的過程及制備工藝。金屬鋁和鹽酸制成鋁膠，經(jīng)油柱成形法制得氧化鋁小球，再經(jīng)老化，洗滌，干燥，焙燒等工藝制得干燥球形氧化鋁小球，這種方法制得得氧化鋁小球強(qiáng)度高。關(guān)鍵詞：球形氧化鋁 鋁溶膠 油柱成型1.引言 目前，催化劑及載體在逐步向功能化、超細(xì)化的趨勢發(fā)展。細(xì)顆粒的催化劑具有比表面積大、傳質(zhì)速率快、催化效率高等優(yōu)勢，但由于顆粒細(xì)小，在反應(yīng)過程中難以控制，且存在著反應(yīng)后催化劑分離回收較難的問題，相對制約了細(xì)顆粒催化劑在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。微球形氧化鋁載體不僅保持了外觀為球形的形狀優(yōu)勢，而且所制備的載體具有比表面積較大、孔容大、結(jié)構(gòu)優(yōu)良和孔徑分布范圍適當(dāng)?shù)葍?yōu)點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于石油化工和精細(xì)化工領(lǐng)域作為催化劑或催化劑載體1。球形氧化鋁的制備有多種工藝路線,用金屬鋁和鹽酸制成鋁膠，經(jīng)油柱成形法得到氧化鋁小球。這種方法制備的球形氧化鋁強(qiáng)度較高，比表面積較大。球形氧化鋁具有優(yōu)良的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積、良好的物理強(qiáng)度和耐酸堿穩(wěn)定性，作為流化床和懸浮床催化劑或催化劑載體獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。微球形氧化鋁作為催化劑或催化劑載體使用時，由于顆粒的均勻性和表面光滑的特點(diǎn)，與其它無規(guī)則形狀的催化劑相比，磨損率較低，因而大幅度延長了催化劑的使用壽命。但是，球形氧化鋁的顆粒細(xì)小，與其它微細(xì)顆粒催化劑一樣，在流化床和懸浮床工藝中是靠反應(yīng)物料的湍動和強(qiáng)制攪拌對反應(yīng)起催化作用的，存在反應(yīng)過程傳質(zhì)不良和反應(yīng)后催化劑難以分離回收的問題。目前普遍采用的是油柱成型法。油柱成型法制備球形氧化鋁及影響因素鋁溶膠是一種無機(jī)高分子多價聚合物，其分子式為A12(OH)nCI6-n，可視為介于三氯化鋁和氫氧化鋁之間的一種水解產(chǎn)物，因此又稱為堿式氯化鋁。關(guān)于鋁溶膠的合成路徑有多種，但就制備方法而言主要有兩種:將大塊固體分割到膠體分散度的大小，此法稱分散法(主要有擬薄水鋁石粉法，異丙醇鋁水解法，氫氧化鋁乳膠單體法，納米氧化鋁粉法等);使小分子或離子聚集成膠體大小，此法稱為凝聚法(主要有氯化鋁法，硝酸鋁法，硫酸鋁法等)。鋁溶膠的質(zhì)量指標(biāo)主要是鋁離子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(簡稱鋁含量)和酸根粒子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(簡稱酸含量)。鋁溶膠用途不同，鋁含量和酸含量的質(zhì)量指標(biāo)也不同。實(shí)際鋁溶膠合成過程中，酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化，反應(yīng)溫度的波動等多種因素都會對鋁溶膠中的鋁含量和酸含量產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響鋁溶膠的產(chǎn)品質(zhì)量。油柱成型制球形氧化鋁的研究中，老化時間、干燥方式、焙燒溫度對于載體的物化性質(zhì)有明顯影響，在油柱成型制球形- AIZO3過程中，適當(dāng)延長老化時間是必要的，有利于提高孔容，增加強(qiáng)度。從干燥方來看，真空干燥是最適合的。真空條件下，間隙孔的水分損失的越多，越有利于燒結(jié)孔的形成，而且孔內(nèi)水分越少，焙燒對載體孔骨架破壞性越小，從而保證載體的強(qiáng)度。在500800之間載體的大孔比例呈上升趨勢，而且強(qiáng)度略有增加，但是900時由于晶形起了變化，反而使強(qiáng)度下降很多。使用油柱成型法制備氧化鋁載體，實(shí)踐證明其生產(chǎn)工藝合理、產(chǎn)品質(zhì)量好，成型、老化等操作簡單易行。在此基礎(chǔ)上采取加溫、加壓一步老化，使老化時間縮短，提高生產(chǎn)效益。在干燥、焙燒過程中，由于條件適當(dāng)，球形氧化鋁在干燥過程中不破裂，經(jīng)過不同的溫度緞燒得到不同晶形的球形氧化鋁載體，且球體堆密度低，強(qiáng)度高，孔容和孔徑大。在生產(chǎn)實(shí)踐中用其作為催化劑或催化劑載體，活性較高，能夠極大地促進(jìn)反應(yīng)地進(jìn)行以及反應(yīng)的速率2。2.實(shí)驗(yàn)部分原料及實(shí)驗(yàn)儀器 原料：純度99.6的鋁，體積分?jǐn)?shù)36-38的鹽酸，分析純度的HMT,去離子水(電導(dǎo)率小于10-6scm-1)，石蠟。實(shí)驗(yàn)儀器：錐形瓶，燒杯，滴管，天平，水浴鍋，針管，烘箱，馬弗爐，抽濾瓶。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.鋁溶膠的合成將25g稀鹽酸或氯化鋁溶液邊攪拌邊加到高純度、平均粒徑為50u m的50g鋁粉中，在不高于110的溫度條件下水解，直到生成Al/Cl的質(zhì)量比為1.01.5、鋁含量為916%透明溶膠。該溶膠具有一定粘度，是鋁水解后聚合產(chǎn)生的一種無機(jī)高分子聚合物。2.凝膠球的成型制備在下圖所示的油柱成型裝置中進(jìn)行凝膠球的成型制備。按六次甲基四胺(HMT)/Cl摩爾比為1.2:4的比例分別稱取gHMT制備濃度為40%的HMT溶液和上述制備的溶膠50g，于冰水浴中冷卻到小于10。將HMT溶液緩慢加入到鋁溶膠中，充分?jǐn)嚢枧涑苫旌先苣z。將混合溶膠通過滴液式分散滴頭均勻分散于溫度為8595、由混合烴類構(gòu)成的油柱中成型。借助成型油與水相液滴之間的界面張力使混合溶膠液滴呈球狀下落，過程中由于吸熱作用，液滴中的HMT部分分解釋放出NH3。NH3與鋁溶膠中Cl-反應(yīng)生成NH4Cl，混合溶膠內(nèi)部分Al3+在堿性環(huán)境下生成Al(OH)3，由于混合溶膠內(nèi)A13+分布均勻，因此其內(nèi)部形成均勻網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。成型制備完成后，得到具有一定機(jī)械強(qiáng)度的透明凝膠顆粒4。圖1凝膠球的成型制備裝置3.老化 洗滌 干燥將上述得到的凝膠球浸沒在油中，在壓力為0.31.0MPa、溫度為150條件下老化6h，使HMT完全分解，得到白色的球形水合氧化鋁。由于在老化過程中HMT與鋁溶膠反應(yīng)并在水合氧化鋁內(nèi)部孔道中生成大量氯化氨，其中的氯離子對球形氧化鋁載體的熱穩(wěn)定性有較大影響，因此必須用去離子水洗滌清除。為了降低氧化鋁的氯含量，將焙燒后的球形氧化鋁樣品與去離子水按質(zhì)量比為1:2的比例放入95下洗滌，并加入1-2ml的氨水，洗滌兩小時。洗滌后的白色球形水合氧化鋁經(jīng)抽濾后于120下干燥2h，蒸發(fā)掉氧化鋁球內(nèi)的非結(jié)合水。此過程間損失的隙孔間水分越多，越有利于燒結(jié)孔的形成，而且孔內(nèi)水分越少，焙燒對載體孔骨架破壞性越小。4.球形氧化鋁的鍛燒將干燥后的球形水合氧顆粒樣品在600下焙燒4h，使其晶型發(fā)生轉(zhuǎn)變，最終得到球形氧化鋁載體。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1.結(jié)果分析表1數(shù)據(jù)紀(jì)錄實(shí)驗(yàn)號鋁粉質(zhì)量/g水質(zhì)量/g鹽酸質(zhì)量/gHMT質(zhì)量/g補(bǔ)加HMT/g結(jié)果16.120.225.25.80失敗25.920.225.06.01.5成功36.220.124.96.12.0成功2.結(jié)果討論實(shí)驗(yàn)1中，不成球的原因是加入的HMT速度過快。實(shí)驗(yàn)2中，補(bǔ)加1.5gHTM后實(shí)驗(yàn)成功，實(shí)驗(yàn)證明，開始時加入的HTM的量少。 實(shí)驗(yàn)3中，補(bǔ)加2.0gHTM后實(shí)驗(yàn)成功，實(shí)驗(yàn)證明，開始時加入的HTM的量少。圖2為實(shí)驗(yàn)制的的實(shí)際的球形狀及其大小3.注意事項(xiàng)1.鹽酸的加入速度要適當(dāng)，加入過快會影響鋁溶液的凝膠。2.HMT的加入時溫度應(yīng)小于10，逐滴加入，否則可能影響凝膠。3.HMT的加入量要足夠，否則不成球，或成球后溶解。4.油柱成型法制備球形氧化鋁的影響因素膠溶劑用量對球形氧化鋁的影響：油柱成形法制備球形氧化鋁 ,要求水合氧化鋁具有單一晶相 ,雜晶不利于水合氧化鋁膠溶 ,鋁溶膠是油柱成形的關(guān)鍵 3 ,在制備鋁溶膠過程中 ,改變膠溶劑加入量來研究球形氧化鋁的性能。膠劑不同加入量制備的球形氧化鋁強(qiáng)度和成膠情況不同 ,適量加入膠溶劑能制成粘度適中的鋁溶膠。,膠溶劑用量的增加會提高氧化鋁的強(qiáng)度 ,但隨用量的繼續(xù)增加 ,溶膠的穩(wěn)定性會逐漸減弱;相反如加入量過少將不能成膠。只有當(dāng)膠溶劑和 20% (質(zhì)量分?jǐn)?shù) )以上的水合物反應(yīng)時 ,鋁溶膠才趨于穩(wěn)定。不過膠溶劑加多了會發(fā)生聚沉現(xiàn)象,可以看出膠溶劑用量的增加 ,膠溶性能會提高 ,氧化鋁的強(qiáng)度也隨之增加 ,但膠溶劑不能超過最佳的用量范圍。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果測得,比表面積和孔容隨膠溶劑加入量的增大而增大 ,孔徑大小則隨膠溶劑加入量的增加而先增大后減小。參考文獻(xiàn)1. Pengcheng Liu, Junting Feng, Xiangmei Zhang, Yanjun Lin, David G. Evans, Dianqing LiJournal of Physics and Chemistry of Solids 69 (2008) 1-3頁2.楊永輝，北京化工大學(xué)，磁性球的制備與性能研究，2006，2.9-11頁3.O Mekasuwandumrong, V. Pavarajarn, M. Inoue, P. Praserthdam,Mater. Chem. Phys. 100 (2006) 445.4.B. Xu, T. Xiao, Z. Yan, X. Sun, J. Sloan, S.L. Gonzalez-Cortes, F.Alshah