γ-Al2O3催化劑的凝膠法制備及其性能的測(cè)定

1、Y-A1203催化劑的凝膠法制備 及其性能的測(cè)定yALO3催化劑的i制備及其性能的測(cè)定張景清（廣西科技大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院廣西柳州545006 ）1 .摘要納米催化劑與塊體材料不同的特殊性質(zhì)，主 要體現(xiàn)在:表面效應(yīng)、體積效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)。 納米催化劑可以分為負(fù)載型和非負(fù)載型兩類(lèi)，每 一類(lèi)又可按照其化學(xué)屬性分為金屬型和金屬氧 化物型。由于納米氧化物和材料諸多領(lǐng)域都有應(yīng) 用，其合成方法近年來(lái)發(fā)展迅速。目前，主要的 合成方法有，溶膠凝膠法、水解法、水熱合成 法、微乳法、沉淀法、固相反應(yīng)法、超臨界干燥 法和熱分解法。本文采用的是溶膠凝膠法制備 Y-A12O3,首先進(jìn)行凝膠的制備，其次，漿化洗 滌和

2、膠溶，最后，成型活化。該法操作簡(jiǎn)單，對(duì) 儀器和藥品要求較少，制備時(shí)間較短，成型效果 好。最后得到了白色細(xì)粉末狀Y-A12O3,并進(jìn)行 差熱分析鑒定。由差熱分析圖譜可以判斷產(chǎn)品質(zhì) 量較好。2 .前言Y-AI2O3就是通常所說(shuō)的活性氧化鋁，有時(shí)也 將小n和丫型氧化鋁的混合物概括為活性氧化鋁。其屬于尖晶石結(jié)構(gòu)，在自然界中并不存在, 一般在實(shí)驗(yàn)室中制備，形成溫度較低，粉體顆粒 的粒徑很小，尤其采用納米技術(shù)制得的顆粒粒度 數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)納米，因而擁有巨大的比表面積， 可達(dá)1000m2 g-1以上。這些性質(zhì)使得y-Al2O3 具有非常廣泛的用途，主要表現(xiàn)在吸附作用，酸 堿催化作用以及許多活性離子或分子的載體

3、。本 實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹荚趯?duì)學(xué)生進(jìn)行催化劑合成、表征、和 反應(yīng)性能測(cè)定評(píng)價(jià)的程序化訓(xùn)練。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué) 生掌握溶膠-凝膠法制備Y-A12O3超細(xì)粉體的操 作，學(xué)會(huì)氧化物的成型技術(shù)，了解并熟悉BET 法測(cè)定比表面操作技術(shù)和微反應(yīng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)催化 劑的方法。3 .實(shí)驗(yàn)原理納米氧化鋁的制作方法大致分為物理方法和 化學(xué)方法兩類(lèi)，化學(xué)法一般都是“由下至上”，即 是通過(guò)液相反應(yīng)、氣相反應(yīng)和固相反應(yīng),從原子、 分子出發(fā)合成納米材料。在納米氧化鋁的制備中 濕化學(xué)合成法發(fā)揮了重要作用，液相法是目前實(shí) 驗(yàn)室和工業(yè)上最為廣泛的采用方法。液相法有酸 中和法、堿中和法、鋁凝膠法和醇鋁水解法等。 本實(shí)驗(yàn)采用酸中和法制得薄水鋁石，在加熱

4、脫水 得到Y(jié)-A12O3o制備不同形態(tài)的氧化鋁，其影響 因素很多，既取決于起始?xì)溲趸X的形態(tài)，又取 決于中間氫氧化鋁凝膠的加熱脫水溫度。酸化中 和法制備氫氧化鋁凝膠時(shí)，根據(jù)控制條件不同其 產(chǎn)物可以是膠體氫氧化鋁、薄水鋁石和湃鋁石 等。本實(shí)驗(yàn)制備rAbO3的起始原料要求為薄水 鋁石，反應(yīng)的主要影響因素是酸化中和的PH、溫度和時(shí)間。具體關(guān)鍵步驟的條件控制如下: (1)酸化中和反應(yīng)的PH對(duì)氫氧化鋁的晶型影響起主導(dǎo)作 用，PH<9易生成膠體；PH>8.0,尤其是大于85 時(shí)，易生成湃鋁石。反應(yīng)溫度太低不易生膠，結(jié) 晶狀態(tài)亦很差；反應(yīng)溫度過(guò)高，易使氫氧化鋁一 水合物向三水合物轉(zhuǎn)變，并使產(chǎn)品的

5、堆積密度減 小。另外，45-50C下反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將影響產(chǎn) 品成型和強(qiáng)度。(2)漿化洗滌加適量的稀氨水調(diào)節(jié)溶液的PH,作用是使凝 膠易過(guò)濾,減少損失,并有助于保持一水合晶態(tài)。 (3)加熱脫水要使薄水鋁石加熱分解的直接產(chǎn)物是Y-AI2O3加熱溫度是450-600o4 .實(shí)驗(yàn)部分4.1 實(shí)驗(yàn)試劑氫氧化鈉AR （西隴科學(xué)股份有限公司），氫 氧化鋁AR（廣東省臺(tái)山市化工廠）,硝酸AR（西 隴科學(xué)股份有限公司），氨水AR （西隴科學(xué)股 份有限公司）,丙三醇（天津市大茂化學(xué)試劑廠）, 白油（工業(yè)級(jí)，中國(guó)石油化工股份有限公司潤(rùn)滑 油分公司四沖程摩托車(chē)油）4.2 實(shí)驗(yàn)儀器JJ200電子天平（常熟市雙杰測(cè)試儀器

6、廠）,ZNCL-TS250智能磁力攪拌器（河南愛(ài)博特科技 發(fā)展有限公司），2852H人工智能式電阻爐（洛 陽(yáng)市西格瑪儀器制造有限公司），微機(jī)差熱天平（北京博淵精準(zhǔn)科技發(fā)展有限公司）4.3 實(shí)驗(yàn)步驟4.3.1 凝膠的制備（1）偏鋁酸鈉的制備將2.5g氫氧化鈉加入干凈的100ml燒杯中,并用15ml去離子水溶解，在電爐上加熱沸騰, 然后在攪拌下緩緩加入3g氫氧化鋁，保持沸騰 1小時(shí)，應(yīng)隨時(shí)補(bǔ)充去離子水，使體積保持在15-20ml,溫度維持在100C左右。冷卻后，用布 氏漏斗抽濾，即得到偏鋁酸鈉溶液。(2)酸化中和制備溶膠在100ml燒杯中加入5ml去離子水,加熱至50,然后在攪拌下將上面制得的偏鋁

7、酸鈉 溶液和57ml6.3mol/L的硝酸均勻的倒入燒杯 中，保持pH=728.0,加熱攪拌0.5h,反應(yīng)溫度 控制在45-50o4.3.2 漿化洗滌和膠溶將以上制得的氫氧化鋁凝膠及時(shí)抽濾，棄去濾 液，將氫氧化鋁溶膠轉(zhuǎn)移到100ml燒杯中。取另 一只燒杯加入20ml去離子水，再加入適量的稀 氨水，使pH=728.0,并加熱到40 C,然后將 其倒入含有氫氧化鋁的燒杯中，加熱攪拌5min, 維持溫度45.50C,然后抽濾，如此洗滌23次。在盛有漿化洗滌后得到的氫氧化鋁凝膠的燒 杯中加1入0.5L5ml 6.3mol/L的硝酸，強(qiáng)烈攪拌 45min,打成很細(xì)的流動(dòng)性較好的漿液。4.3.3 成型和活

8、化(1)成型取一支100ml量筒,力口入30ml 5.6mol/L的 氨水和1ml甘油，混勻，再在上面加15ml白油,做成簡(jiǎn)單的油成型柱，用干凈的滴管向油成型柱 里面不斷滴加上面制得的溶膠溶液，滴加完后, 抽濾，然后將氫氧化鋁小球移入蒸發(fā)皿中備活化 用。(2)活化放置一天后，將蒸發(fā)皿放入高溫馬弗爐中,逐漸升溫至520,在該溫度下活化l.5h,即得 到最終產(chǎn)品Y-AI2O3O4.3.4 rALO3質(zhì)量的差熱分析鑒定由差熱分析圖譜可以定性判斷產(chǎn)物中湃鋁 石的生成量，從而判斷質(zhì)量的好壞。5 .結(jié)果與討論5.1 結(jié)果經(jīng)成型后得到白色小球8.81g,靜置隔夜，活 化后，白色小球碎裂,最后產(chǎn)品呈白色細(xì)粉末

9、狀。取少量進(jìn)行差熱分析，結(jié)果如下:050100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600溫度()- 05050505 3 2 2 1 1 ->J5.2 討論產(chǎn)品經(jīng)成型柱成形后，成形效果良好，但在 500C下活化L5h后，原成形良好的小球全都破 裂，成了粉末狀。造成該現(xiàn)象的原因可能是馬弗 爐升溫太快，焙燒溫度過(guò)高。觀察差熱分析曲線，在5.3min時(shí)出現(xiàn)了第一 個(gè)吸收峰。可以判斷出，產(chǎn)品中含有薄水鋁石, 加熱過(guò)程中，脫去了薄水鋁石中的水,蒸發(fā)吸熱, 所以造成了該吸收峰，且該處樣品的質(zhì)量減少的 較多。100后重量幾乎不變，且雜峰較多，造 成該現(xiàn)象的原因可能

10、是儀器預(yù)熱時(shí)間不充分，樣 品不純雜質(zhì)太多。6 .建議本實(shí)驗(yàn)制備Y-A12O3的起始原料要求為薄水鋁 石，反應(yīng)的主要影響因素是酸化中和的PH、溫 度和時(shí)間。在酸化中和調(diào)節(jié)pH時(shí)，PHv9易生 成膠體；PH>8.0,尤其是大于8.5時(shí)，易生成湃 鋁石，所以要嚴(yán)格控制pH=7.2-8.0o反應(yīng)溫度太 低不易生膠，結(jié)晶狀態(tài)亦很差；反應(yīng)溫度過(guò)高， 易使氫氧化鋁一水合物向三水合物轉(zhuǎn)變，并使產(chǎn) 品的堆積密度減小，溫度控制在45-50C下為宜。反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，將影響產(chǎn)品成型和強(qiáng)度，時(shí)間控 制在0.5h較好。用馬弗爐焙燒活化時(shí)，應(yīng)緩慢升溫，這樣不會(huì) 使已經(jīng)成形小球遭到破壞，且焙燒溫度為600。 時(shí)能形成分散良好的纖維狀微觀結(jié)構(gòu)。7 .參考文獻(xiàn)1譚訓(xùn)彥，等.