在現(xiàn)代石油化工及化學(xué)工業(yè)中，最常用的催化劑載體是活性氧化鋁，擬薄水鋁石作為制備活性氧化鋁載體的最主要原料，在催化劑行業(yè)中占有重要地位。擬薄水鋁石具有許多特殊的性質(zhì)，除了催化劑領(lǐng)域外，還廣泛應(yīng)用于汽車(chē)尾氣處理催化劑的載體涂層、阻燃材料的添加劑、高檔噴墨打印紙中的吸墨涂層、氣體凈化吸附劑、飲用水除氟劑、工業(yè)污水顏色和氣味消除劑、建筑涂料添加劑、陶瓷復(fù)合材料中的增強(qiáng)劑等。

蜂窩狀催化劑載體

這么好用的擬薄水鋁石，還不趕緊來(lái)了解一下？

擬薄水鋁石(AlOOH·nH₂O , n=0.08-0.62)，也稱(chēng)凝膠狀薄水鋁石、假一水軟鋁石、一水軟鋁石膠體或類(lèi)勃姆石，是一類(lèi)組成不確定、結(jié)晶不完整的由無(wú)序到有序、弱晶態(tài)到晶態(tài)的過(guò)渡產(chǎn)品，晶體結(jié)構(gòu)和薄水鋁石完全類(lèi)似，但晶體小、結(jié)晶度差，典型結(jié)構(gòu)為很薄的具有褶皺的片晶。它是一種無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)臭的白色膠狀（濕品）或粉狀（干品）產(chǎn)品，粒度小，孔容高，比表面積大，膠溶性能好，晶相純度高，具有觸變凝膠的特點(diǎn)，極易溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，干粉暴露在空氣中有吸濕現(xiàn)象。

擬薄水鋁石粉

已工業(yè)化的擬薄水鋁石制備方法包括醇鋁水解法、堿法（酸沉淀法）和酸法（堿沉淀法）、碳化法、酸堿法等。

其中醇鋁法在高純度擬薄水鋁石的制備中被廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外常用德國(guó)Condea公司開(kāi)發(fā)的以金屬鋁和高級(jí)醇（正戊醇、正己醇、異丙醇）為原料的制備方法，制備得到的擬薄水鋁石純度高、晶型好、孔徑集中、比表面積大，但是該方法生產(chǎn)工藝復(fù)雜，制備得到的擬薄水鋁石孔徑小，不能滿(mǎn)足如今對(duì)大孔徑擬薄水鋁石的需求。

而隨著世界范圍內(nèi)原料深加工要求的提高，主要能源結(jié)構(gòu)逐漸向大分子和高碳方向發(fā)展，這就迫切要求催化劑載體具備大孔容和高比表面的特性，因?yàn)榇罂兹萦欣诖蠓肿踊衔锵虼呋瘎╊w粒內(nèi)部擴(kuò)散，高比表面積則有利于活性金屬的分散，從而提高催化劑的反應(yīng)性能。

也因此，對(duì)高比表面大孔容擬薄水鋁石的制備方法的研究，逐漸成為重點(diǎn)方向。

從擬薄水鋁石的制備工藝來(lái)看，通常制備過(guò)程中包括成膠、老化、洗滌、干燥、成型和焙燒等過(guò)程，其孔結(jié)構(gòu)可以通過(guò)控制凝膠的沉淀和老化過(guò)程、在成膠或成型時(shí)加入擴(kuò)孔劑以及通過(guò)有機(jī)溶劑置換凝膠中的水分和溶劑熱法等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

以下是近年來(lái)有關(guān)高比表面大孔容擬薄水鋁石的制備方法研究：

一、擬薄水鋁石析出過(guò)程中的控制方法

（1）pH擺動(dòng)法

pH 擺動(dòng)法是指在加料時(shí)使pH在堿側(cè)和酸側(cè)之間反復(fù)擺動(dòng)多次，從而使析出擬薄水鋁石的孔徑和孔體積增加的方法。

我國(guó)洛陽(yáng)石油化工公司曾以Al₂(SO₄)₃和NaAlO₂為原料在長(zhǎng)嶺煉化公司催化劑廠進(jìn)行了pH擺動(dòng)法的工業(yè)放大實(shí)驗(yàn)，推薦條件下pH擺動(dòng)4次時(shí)可以得到晶粒度為80nm、孔容0.56cm³·g ^-1的擬薄水鋁石干膠粉。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得晶粒相對(duì)均勻、孔徑相對(duì)集中并且孔容較大的擬薄水鋁石；缺點(diǎn)是pH擺動(dòng)的工業(yè)實(shí)施難度大，產(chǎn)物孔容的增加也會(huì)導(dǎo)致其比表面積有所下降。

（2）有機(jī)溶劑合成法

這種方法是在一定條件下采用有機(jī)溶劑作反應(yīng)介質(zhì)，有研究者受二元醇熱法處理三水鋁石時(shí)二元醇部分插入到薄水鋁石中的啟發(fā)，采用異丙醇鋁二元醇熱 法合成了大孔容的蜂窩狀擬薄水鋁石，并發(fā)現(xiàn)擬薄水鋁石的晶粒大小和二元醇種類(lèi)有關(guān)，按乙二醇、1 , 3-丙二醇、己二醇和1 , 4-丁二醇的順序增加。

（3）表面活性劑組裝法

表面活性劑組裝法基于有機(jī)物和無(wú)機(jī)物之間的靜電、氫鍵、范德華力和共價(jià)健等相互作用力，可用作合成包括氧化鋁在內(nèi)的孔徑分布窄并且孔結(jié)構(gòu)可控的金屬氧化物材料。

例如采用聚環(huán)氧乙烷組裝可以較好地控制擬薄水鋁石的形態(tài)和粒徑，獲得熱穩(wěn)定性的大孔、高比表面擬薄水鋁石。還有一種方法是在胺表面活性劑存在下水解仲丁醇鋁，制得腳手架狀納米擬薄水鋁石-胺復(fù)合粒子，這種結(jié)構(gòu)由納米擬薄水鋁石纖維聚集和晶間生長(zhǎng)而成，胺在中孔結(jié)構(gòu)的擬薄水鋁石轉(zhuǎn)化為γ-Al2O3的過(guò)程中能起到納米組裝作用，獲得較高的孔容和比表面積。

（4）微波加熱法

微波加熱技術(shù)近年來(lái)在吸附劑、催化劑和膜等多孔無(wú)機(jī)材料的合成領(lǐng)域受到重視，微波可以激活水分子，使其形成非氫鍵締合的活性水分子；微波的快速體加熱和高頻振蕩還可以在反應(yīng)體系中形成均勻的能量和濃度分布環(huán)境，從而極大地加快產(chǎn)物的合成和晶化速度，并顯著地改善其質(zhì)量。

采用微波加熱法比普通的水熱法，可制備得分布均勻的高比表面大孔容擬薄水鋁石，缺點(diǎn)是需要發(fā)展相應(yīng)的微波反應(yīng)器。

二、擬薄水鋁石析出后的后處理方法

（1）水熱處理法

水熱處理也稱(chēng)水蒸氣處理，就是將擬薄水鋁石或氧化鋁在水蒸氣存在下進(jìn)行熱處理，水熱處理過(guò)程中擬薄水鋁石的晶粒長(zhǎng)大，結(jié)晶更趨完整，結(jié)晶度增加，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔的作用。

（2）有機(jī)溶劑置換法

這種方法是通過(guò)在擬薄水鋁石析出后用有機(jī)溶劑洗滌，有機(jī)溶劑進(jìn)入微晶間隙置換水分子，可防止團(tuán)聚。共沸蒸餾也是一種重要的有機(jī)溶劑置換方式，通過(guò)加入比水沸點(diǎn)高、表面張力低的有機(jī)溶劑與凝膠中的水組成二元共沸體系，以共沸的方式最大限度地帶走凝膠中的水并替代它存在凝膠中，從根本上消除干燥時(shí)產(chǎn)生的硬團(tuán)聚。

這種方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)擬薄水鋁石的孔容進(jìn)行調(diào)控，缺點(diǎn)是有機(jī)溶劑消耗量大、回收成本較高，

（3）非常規(guī)干燥法

采用水洗方式洗滌擬薄水鋁石濾餅時(shí)，極易在后續(xù)常規(guī)干燥和焙燒過(guò)程中因孔收縮和孔塌陷使其原始孔結(jié)構(gòu)受到破壞，并產(chǎn)生硬團(tuán)聚。超臨界干燥法和冷凍干燥法等都是為保持凝膠中粒子間的距離，減弱或消除粒子的相互作用力；減弱甚至消除因水的表面張力而產(chǎn)生的毛細(xì)管收縮作用而嘗試的干燥方法。

三、擴(kuò)孔劑或助燒結(jié)劑擴(kuò)孔法

在擬薄水鋁石凝膠析出或成型等后處理過(guò)程中引入易于高溫分解的助劑或擴(kuò)孔劑，也是制備大孔、高比表面積擬薄水鋁石的有效方法。這些助劑物質(zhì)在焙燒時(shí)分解逸出，可以達(dá)到增加孔容和控制孔徑分布的目的。

結(jié)語(yǔ)

擬薄水鋁石應(yīng)用前景極廣，尤其是在當(dāng)前工業(yè)轉(zhuǎn)型、加大環(huán)保力度的發(fā)展趨勢(shì)下，高比表面大孔容擬薄水鋁石大有用武之地。而目前國(guó)內(nèi)發(fā)展較成熟的擬薄水鋁石生產(chǎn)主要還是中小孔容孔徑、表面積較小的種類(lèi)，相比之下，高比表面大孔容雖然生產(chǎn)難度高，應(yīng)用面卻更廣，同時(shí)產(chǎn)品附加值高，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及經(jīng)濟(jì)效益更加突出，值得相關(guān)企業(yè)投入精力去研究突破。

參考來(lái)源：

高比表面大中孔擬薄水鋁石和γ-Al2O的制備研究，蔡衛(wèi)權(quán)、余小鋒（1.武漢理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，武漢，430070；2.漢江集團(tuán)鄖縣豐源電化制造有限公司，鄖縣，442500）

粉體圈 小吉