今天聊下多品種氧化鋁家族中知名度不太高的材料--擬薄水鋁石(Pseudo-boehmite，簡稱PB粉，其化學式為AlOOH·nH?O，n＝0.08～0.62)，也稱假一水軟鋁石，其組成不確定，典型結構為很薄的褶皺片層，晶體粒徑比薄水鋁石小, 含水量比薄水鋁石大, 是一種結晶度不夠完整的一水軟鋁石, 具有高比表面積、膠溶性好、黏結性強和孔容大等特點, 是一種用途廣泛的化工原料。擬薄水鋁石產品無味、無臭，產品通常是白色膠狀（濕品）或粉狀（干品）。

擬薄水鋁石在一定條件下的焙燒產物γ-Al₂O₃在Claus反應、催化重整、加氫精制(加氫脫硫、加氫脫氮及加氫脫金屬等)、加氫裂解和汽車尾氣凈化等領域中廣泛用作催化劑載體，也可以直接用作醇類脫水制烯烴的催化劑。擬薄水鋁石遇酸發生可逆反應并產生溶膠現象，利用這種特性可以將其用作粘合劑，例如，用作硅酸鋁耐火纖維的粘結劑。擬薄水鋁石及其衍生物還可用于制備無機膜、生物陶瓷或用做高效無毒阻燃劑等^[1]。

一、擬薄水鋁石為何與催化劑很般配？

擬薄水鋁石在催化劑制備中具有廣泛用途，主要歸因于其獨特的物理化學特性，使其能夠兼作催化劑載體和粘接劑，并有效提升催化劑的性能。

1、結構可控，孔隙率高。擬薄水鋁石的比表面積高、孔徑可調，可在焙燒后轉化為高比表面積的γ-Al₂O₃，同時，擬薄水鋁石表面富含羥基，有助于活性組分（金屬、金屬氧化物和金屬硫化物等）納米粒子的負載和分散，保證催化劑的良好分散性和高活性。

2、膠溶性好、黏結性強。擬薄水鋁石作為催化劑的粘結劑，既可以保證催化劑成型體的強度，還利于提高催化劑的活性，可適用于擠出、噴霧造粒、壓片、成球等多種成型工藝，能夠制備出球形、柱狀、蜂窩狀等多種形態的催化劑。

各種形態的催化劑載體

二、擬薄水鋁石在催化劑行業的應用

①催化劑載體

石油行業使用的催化裂化(Fluid Catalytic Cracking，FCC)催化劑普遍采用γ-Al₂O₃作為活性載體（基質），為重油分子提供擴散所需孔道的同時也提供一定酸性，起到催化作用。固定床渣油加氫催化劑載體也是γ-Al₂O₃，其質量占比可達85%，主要起到分散金屬催化活性中心、提供擴散所需孔道及提高催化劑機械強度等作用。隨著原油資源的重、劣質化，重油加工過程，如固定床渣油加氫、重油催化裂化，對其催化劑載體均提出了大孔要求以滿足重油大分子在催化劑孔道內的傳質擴散所需，因此，制備適用于重油加工的大孔γ-Al₂O₃載體受到越來越多的關注^[2]。

圖片來源：中國石油化工

γ-Al₂O₃通常由擬薄水鋁石或薄水鋁石高溫煅燒脫水制得，與薄水鋁石相比，擬薄水鋁石具有較高的比表面積和較大的孔體積^[3]，因而降低了反應物在催化劑孔道內的擴散阻力，提高了活性組分分散度，從而提高催化劑的催化性能。除此以外，擬薄水鋁石膠溶性能強，還可作為粘結劑增強催化劑的耐磨損性能。因此在石油化工行業中多采用擬薄水鋁石為前驅體制備γ-Al₂O₃。γ-Al₂O₃孔結構等物化性質很大程度上取決于前驅物PB，制備大孔γ-Al₂O₃的前提是獲得具有較大孔容和孔分布集中的PB，因此大孔容擬薄水鋁石的制備是重點研究方向。相關閱讀：大孔擬薄水鋁石的擴孔方法有哪些？

目前，工業上特別是煉化領域，制備擬薄水鋁石多采用沉淀法和醇鋁水解法。沉淀法與醇鋁水解法的對比如下：

②催化劑粘結劑   

工業催化劑組成中除分子篩和活性金屬外, 在成型時常常加入酸化擬薄水鋁石黏結劑（膠溶擬薄水鋁石）, 一方面可提高催化劑的機械強度和耐磨性能, 另一方面可作為載體調變催化劑的孔結構和酸性。在催化劑制備過程中黏結劑經過高壓擠出和高溫焙燒, 與分子篩發生交互作用而影響催化劑活性。

擬薄水鋁石加酸膠溶制備膠溶擬薄水鋁石反應過程可分為4個步驟：①擬薄水鋁石的膠解。酸鋁比（鹽酸與氧化鋁的質量比）在0～0.03之間時，擬薄水鋁石表面的OH-吸附酸中的H+，形成帶正電荷的膠核，顆粒尺寸急劇下降到3nm 左右，酸鋁比越高，形成的顆粒尺寸越小；②擴散雙電層的形成。酸鋁比在0.03～0.04之間時，膠核在外圍吸附陰離子構成雙電層結構，形成帶負電的膠粒，隨著陰離子的增加，粒子彼此碰撞而聚集，粒徑上升至10nm 左右；③溶膠粒子的穩定化。酸鋁比在0.05～0.06之間時，以酸中的H+為“酸性橋”將多個擬薄水鋁石顆粒以網狀形式連接在一起而形成溶膠。但酸的加入量不宜過多，如果酸過量，H+不再被顆粒表面羥基吸附，直接進入到溶劑中，使得溶膠體系的H+濃度顯著增大，溶膠體系開始變得不穩定，且易于生成鋁鹽。

③制備γ氧化鋁涂層

在載體上涂覆一層高表面的活性涂層是提高載體（例如用于汽車尾氣催化劑的堇青石蜂窩陶瓷載體）比表面積的常用方法，γ氧化鋁是目前最為常用的涂層材料，具有高的比表面積，有助于活性組分在浸漬過程中的有效分布，常用的制備γ氧化鋁涂層的前驅體為AlOOH溶膠，這種鋁溶膠以擬薄水鋁石為原料，通過酸膠溶的方法制備，工藝簡單易控，可用于工業化生產。

汽車尾氣凈化器結構

蜂窩狀陶瓷載體被普遍用于汽車尾氣催化劑。薄壁、孔徑高的堇青石蜂窩陶瓷載體物理強度大、耐熱性好、耐沖擊，但比表面積普遍較小。因此，為提高比表面積，常把比表面積較大的活性氧化鋁涂覆在這種陶瓷載體上，再將催化劑的活性組分涂覆在活性氧化鋁的表面^[4]。

總結：擬薄水鋁石是眾多工業催化劑（如FCC催化劑、加氫催化劑、醇類制烯烴催化劑等）的關鍵載體，是高效催化劑的“幕后功臣”，是催化劑行業不可或缺的組成，默默支撐著石油化工、環境治理、精細化工等多個行業。相比活性氧化鋁、分子篩等催化材料，擬薄水鋁石的知名度不高，但應用廣泛、不可替代，是真正的“催化劑界隱形冠軍”。

參考資料：

1、一種擬薄水鋁石的制備方法CN1803621A

2、楊永佳,張新昇,李金,等.大孔擬薄水鋁石和γ-Al2O3載體制備研究進展[J].過程工程學報,2021

3、李雪禮,賈石河,曹庚振,等.擬薄水鋁石和薄水鋁石性質的差異化研究[J].石化技術與應用,2018

4、王波,王桂林,孫立柱,等.汽車尾氣凈化器中活性氧化鋁涂層性能改進綜述[J].河北工業科技,2017

編輯整理：粉體圈Alpha