γ-Al2O3催化剂的凝胶法制备及其性能的测定

1、Y-A1203催化剂的凝胶法制备 及其性能的测定yALO3催化剂的i制备及其性能的测定张景清（广西科技大学生物与化学工程学院广西柳州545006 ）1 .摘要纳米催化剂与块体材料不同的特殊性质，主 要体现在:表面效应、体积效应和量子尺寸效应。 纳米催化剂可以分为负载型和非负载型两类，每 一类又可按照其化学属性分为金属型和金属氧 化物型。由于纳米氧化物和材料诸多领域都有应 用，其合成方法近年来发展迅速。目前，主要的 合成方法有，溶胶凝胶法、水解法、水热合成 法、微乳法、沉淀法、固相反应法、超临界干燥 法和热分解法。本文采用的是溶胶凝胶法制备 Y-A12O3,首先进行凝胶的制备，其次，浆化洗 涤和

2、胶溶，最后，成型活化。该法操作简单，对 仪器和药品要求较少，制备时间较短，成型效果 好。最后得到了白色细粉末状Y-A12O3,并进行 差热分析鉴定。由差热分析图谱可以判断产品质 量较好。2 .前言Y-AI2O3就是通常所说的活性氧化铝，有时也 将小n和丫型氧化铝的混合物概括为活性氧化铝。其属于尖晶石结构，在自然界中并不存在, 一般在实验室中制备，形成温度较低，粉体颗粒 的粒径很小，尤其采用纳米技术制得的颗粒粒度 数个到数十个纳米，因而拥有巨大的比表面积， 可达1000m2 g-1以上。这些性质使得y-Al2O3 具有非常广泛的用途，主要表现在吸附作用，酸 碱催化作用以及许多活性离子或分子的载体

3、。本 实验目的旨在对学生进行催化剂合成、表征、和 反应性能测定评价的程序化训练。通过实验使学 生掌握溶胶-凝胶法制备Y-A12O3超细粉体的操 作，学会氧化物的成型技术，了解并熟悉BET 法测定比表面操作技术和微反应系统评价催化 剂的方法。3 .实验原理纳米氧化铝的制作方法大致分为物理方法和 化学方法两类，化学法一般都是“由下至上”，即 是通过液相反应、气相反应和固相反应,从原子、 分子出发合成纳米材料。在纳米氧化铝的制备中 湿化学合成法发挥了重要作用，液相法是目前实 验室和工业上最为广泛的采用方法。液相法有酸 中和法、碱中和法、铝凝胶法和醇铝水解法等。 本实验采用酸中和法制得薄水铝石，在加热

4、脱水 得到Y-A12O3o制备不同形态的氧化铝，其影响 因素很多，既取决于起始氢氧化铝的形态，又取 决于中间氢氧化铝凝胶的加热脱水温度。酸化中 和法制备氢氧化铝凝胶时，根据控制条件不同其 产物可以是胶体氢氧化铝、薄水铝石和湃铝石 等。本实验制备rAbO3的起始原料要求为薄水 铝石，反应的主要影响因素是酸化中和的PH、温度和时间。具体关键步骤的条件控制如下: (1)酸化中和反应的PH对氢氧化铝的晶型影响起主导作 用，PH<9易生成胶体；PH>8.0,尤其是大于85 时，易生成湃铝石。反应温度太低不易生胶，结 晶状态亦很差；反应温度过高，易使氢氧化铝一 水合物向三水合物转变，并使产品的

5、堆积密度减 小。另外，45-50C下反应时间过长，将影响产 品成型和强度。(2)浆化洗涤加适量的稀氨水调节溶液的PH,作用是使凝 胶易过滤,减少损失,并有助于保持一水合晶态。 (3)加热脱水要使薄水铝石加热分解的直接产物是Y-AI2O3加热温度是450-600o4 .实验部分4.1 实验试剂氢氧化钠AR （西陇科学股份有限公司），氢 氧化铝AR（广东省台山市化工厂）,硝酸AR（西 陇科学股份有限公司），氨水AR （西陇科学股 份有限公司）,丙三醇（天津市大茂化学试剂厂）, 白油（工业级，中国石油化工股份有限公司润滑 油分公司四冲程摩托车油）4.2 实验仪器JJ200电子天平（常熟市双杰测试仪器

6、厂）,ZNCL-TS250智能磁力搅拌器（河南爱博特科技 发展有限公司），2852H人工智能式电阻炉（洛 阳市西格玛仪器制造有限公司），微机差热天平（北京博渊精准科技发展有限公司）4.3 实验步骤4.3.1 凝胶的制备（1）偏铝酸钠的制备将2.5g氢氧化钠加入干净的100ml烧杯中,并用15ml去离子水溶解，在电炉上加热沸腾, 然后在搅拌下缓缓加入3g氢氧化铝，保持沸腾 1小时，应随时补充去离子水，使体积保持在15-20ml,温度维持在100C左右。冷却后，用布 氏漏斗抽滤，即得到偏铝酸钠溶液。(2)酸化中和制备溶胶在100ml烧杯中加入5ml去离子水,加热至50,然后在搅拌下将上面制得的偏铝

7、酸钠 溶液和57ml6.3mol/L的硝酸均匀的倒入烧杯 中，保持pH=728.0,加热搅拌0.5h,反应温度 控制在45-50o4.3.2 浆化洗涤和胶溶将以上制得的氢氧化铝凝胶及时抽滤，弃去滤 液，将氢氧化铝溶胶转移到100ml烧杯中。取另 一只烧杯加入20ml去离子水，再加入适量的稀 氨水，使pH=728.0,并加热到40 C,然后将 其倒入含有氢氧化铝的烧杯中，加热搅拌5min, 维持温度45.50C,然后抽滤，如此洗涤23次。在盛有浆化洗涤后得到的氢氧化铝凝胶的烧 杯中加1入0.5L5ml 6.3mol/L的硝酸，强烈搅拌 45min,打成很细的流动性较好的浆液。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，混匀，再在上面加15ml白油,做成简单的油成型柱，用干净的滴管向油成型柱 里面不断滴加上面制得的溶胶溶液，滴加完后, 抽滤，然后将氢氧化铝小球移入蒸发皿中备活化 用。(2)活化放置一天后，将蒸发皿放入高温马弗炉中,逐渐升温至520,在该温度下活化l.5h,即得 到最终产品Y-AI2O3O4.3.4 rALO3质量的差热分析鉴定由差热分析图谱可以定性判断产物中湃铝 石的生成量，从而判断质量的好坏。5 .结果与讨论5.1 结果经成型后得到白色小球8.81g,静置隔夜，活 化后，白色小球碎裂,最后产品呈白色细粉末

9、状。取少量进行差热分析，结果如下:050100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600温度()- 05050505 3 2 2 1 1 ->J5.2 讨论产品经成型柱成形后，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，成了粉末状。造成该现象的原因可能是马弗 炉升温太快，焙烧温度过高。观察差热分析曲线，在5.3min时出现了第一 个吸收峰。可以判断出，产品中含有薄水铝石, 加热过程中，脱去了薄水铝石中的水,蒸发吸热, 所以造成了该吸收峰，且该处样品的质量减少的 较多。100后重量几乎不变，且杂峰较多，造 成该现象的原因可能

10、是仪器预热时间不充分，样 品不纯杂质太多。6 .建议本实验制备Y-A12O3的起始原料要求为薄水铝 石，反应的主要影响因素是酸化中和的PH、温 度和时间。在酸化中和调节pH时，PHv9易生 成胶体；PH>8.0,尤其是大于8.5时，易生成湃 铝石，所以要严格控制pH=7.2-8.0o反应温度太 低不易生胶，结晶状态亦很差；反应温度过高， 易使氢氧化铝一水合物向三水合物转变，并使产 品的堆积密度减小，温度控制在45-50C下为宜。反应时间过长，将影响产品成型和强度，时间控 制在0.5h较好。用马弗炉焙烧活化时，应缓慢升温，这样不会 使已经成形小球遭到破坏，且焙烧温度为600。 时能形成分散良好的纤维状微观结构。7 .参考文献1谭训彦，等.