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粉体交流 > 传统粉材 > 你问我为什么用氧化铝做载体?我该怎么回答?
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你问我为什么用氧化铝做载体?我该怎么回答?

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楼主 发表于:2021-07-21 07:57:07
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刚刚在知乎上看到了一个问题。


”为什么用氧化铝做载体?”仅此十字,无其它前言后语。


这可把底下的一位热心答主给惹毛了,小编隔着屏幕都能感受到这位答主抑制不住的“愤怒”,他答:


“这种问题真够难回答的!也不说清楚是做哪方面的载体,你让我怎么回答!”


好过瘾的回答!好实在的答主!


确实,氧化铝具有多孔性、大比表面积、高分散性等优点,在很多领域被用作催化剂载体,但是,只有说清楚了应用领域,才能更有针对性的回答以上那个问题。那好,今天我们就先从它的应用领域开始,聊一聊氧化铝载体。


 

(图片来源:山东山铝颐丰铝基新材料股份有限公司)


应用举例


氧化铝载体是指白色粉末状或已成型的氧化铝固体,是一类使用最为广泛的催化剂载体,约占工业上负载型催化剂的70%,比如在加氢精制、加氢裂化、催化重整制芳烃、催化燃烧、甲烷水蒸气重整制氢、乙烯环氧化反应和汽车尾气控制等领域。催化剂载体的常用形状包括:柱状、环状、球状、压片状、颗粒状以及挤条状等等。一般其分为以下几类:高温氧化铝载体;相互作用型载体;起协同作用或双功能载体。以下为几个应用方向。


1、在汽车尾气催化剂载体中的应用


汽车尾气所排放的主要污染物为:CO,NOx,CxHy和Pb等,NOx和碳氢化合物受强紫外线照射后,还会产生新的二次污染—光化学烟雾,由光化学烟雾所造成的直接或间接经济损失都很大。避免产生光化学烟雾的重要途径是对汽车排放尾气进行前期治理。目前的最好办法是在汽车尾气排放管上安装催化装置,使不饱和的炭氢化合物、氮氧化合物转变为饱和的化合物,而氧化铝正是此转化过程催化剂的优良载体。


2、在草酸酯合成催化剂中的应用


CO气相偶联合成草酸酯工艺的关键技术是高效催化剂的研制,氧化铝是该反应中应用最广泛的催化剂载体材料之一。制备合适的氧化铝载体是开发CO气相偶联合成草酸二甲酯用催化剂的核心性能,优异的氧化铝可提高催化剂的活性和选择性。


3、在催化裂化(FCC)催化剂中的应用


活性氧化铝是一种重要的基质材料,作为固体酸添加到裂化催化剂基质中,不仅可以改善基质活性,而且可以充分利用对高岭土和分子筛的粘结作用,制备出具有基质活性和较好抗磨性的催化剂。


氧化铝载体的制备方法


氧化铝载体的制备过程很大程度上决定了其孔结构的分布。氧化铝载体制备方法主要有两种:拟薄水铝石脱水法和溶胶—凝胶法。


1、拟薄水铝石脱水法


拟薄水铝石脱水方法是将拟薄水铝石在高温下煅烧,脱去水后形成氧化铝。根据原料不同,可分为沉淀法、碳化法和醇铝水解法。


(1)沉淀法


沉淀法是制备拟薄水铝石的常见方法,根据沉淀剂不同可分为碱沉淀法和酸沉淀法。具体制备过程为:以铝盐或铝酸盐为原料,用碱从铝盐溶液中沉淀出一水合氧化铝(碱沉淀),或用酸从铝酸盐溶液中沉淀出一水合氧化铝(酸沉淀),沉淀物经洗涤、干燥、煅烧后获得拟薄水铝石。


(2)碳化法


碳化法是利用CO2和偏铝酸钠反应制备拟薄水铝石,反应如下:

 

水合氧化铝Al(OH)3经老化后可得拟薄水铝石。


(3)醇铝水解法


醇铝水解法广泛用于制备高纯度拟薄水铝石。该方法通过醇铝水解形成一水合氧化铝,经老化、过滤、干燥,即可得拟薄水铝石,产品纯度高、结晶度较好,且粒径均一、孔径分布集中,由完整度高的球形颗粒聚集而成。但该工艺较复杂,且所用有机溶剂有一定的毒性,难回收。


2、溶胶—凝胶法


随着对材料合成工艺研究的不断深入,溶胶—凝胶法载体制备发展迅猛。溶胶—凝胶法是以金属有机化合物或无机盐为前驱体,加入纯水或有机溶剂配成溶液,反应后形成溶胶,溶胶经凝胶化、干燥、焙烧等步骤,最终得到氧化铝。


综上所述,氧化铝制备工艺目前依旧是在传统工艺(拟薄水铝石脱水法)上改进,其中碳化法因经济环保,成为生产工业氧化铝的主要方法。溶胶—凝胶法所制氧化铝具有更均一的孔径分布,受到重视,是一种具有潜力的方法,但需改良制备工艺才能实现工业应用。


氧化铝载体的扩孔方法


随着石油越来越劣质,重质/劣质大分子成分越来越多,需对氧化铝进行改性以达到高效的催化性能。


加氢催化过程中,使用不同孔径的催化剂处理不同馏分的油品。处理重质油品时,大分子穿过孔道到达活性位点是控速步骤,因此需扩大氧化铝载体孔道。扩孔可使大分子更易穿过(降低传质阻力),充分利用载体的活性位点,增强抗结焦能力。但目前市场上多数氧化铝为小孔径(小于10nm),孔径分布单一且较宽,反应过程中小孔会限制物质传输,易发生结焦,降低催化剂寿命,无法满足需求。因此制备适宜的大孔氧化铝载体受到越来越多关注。控制氧化铝孔结构的主要方法有自组装法、水热处理法和扩孔剂法等。


结束语


随着氧化铝载体在化工、环保领域中应用的不断扩展,对氧化铝的制备工艺更新,开发低成本、绿色环保的工艺,对氧化铝的孔径和孔径分布进行控制,提高氧化铝的热稳定性,制备纳米氧化铝,可以使氧化铝载体更好地满足实际生产需要。


参考来源:

[1]孙克宁等.氧化铝载体改性及其应用研究进展

[2]李强.活性氧化铝在FCC催化剂中的应用研究

[3]李凯歌等.氧化铝载体在草酸酯合成催化剂中的应用

[4]陈玮等.氧化铝在汽车尾气催化剂载体中的应用研究