氧化鋁在催化領域也是一把好手
氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁是最常(chang)用(yong)的(de)工業(ye)原料之一,在陶瓷、耐火材料、醫(yi)藥、催化(hua)(hua)(hua)(hua)等(deng)(deng)領域有(you)著(zhu)極(ji)其重(zhong)要(yao)(yao)應(ying)用(yong)。由于氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁具(ju)有(you)良好的(de)機械強度、較(jiao)好的(de)熱穩(wen)(wen)定性(xing)和化(hua)(hua)(hua)(hua)學穩(wen)(wen)定性(xing)、適宜的(de)等(deng)(deng)電點(dian)、可調變(bian)的(de)表面酸堿(jian)性(xing)以及多種不(bu)同(tong)的(de)晶相結構等(deng)(deng)優點(dian),因此氧(yang)化(hua)(hua)(hua)(hua)鋁成(cheng)為化(hua)(hua)(hua)(hua)工和石油(you)工業(ye)中(zhong)最廣泛使用(yong)的(de)催化(hua)(hua)(hua)(hua)劑載體,在石油(you)組(zu)分的(de)裂解、加氫精制(zhi)、加氫脫(tuo)硫(liu)、碳(tan)氫化(hua)(hua)(hua)(hua)合物的(de)重(zhong)整制(zhi)氫、氣相油(you)品組(zu)分的(de)純(chun)化(hua)(hua)(hua)(hua)、汽車尾氣的(de)凈(jing)化(hua)(hua)(hua)(hua)等(deng)(deng)反應(ying)過程中(zhong)都發(fa)揮著(zhu)重(zhong)要(yao)(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。
催化劑載體(ti)形(xing)態
氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁的(de)(de)(de)(de)結(jie)構(gou)形(xing)態很(hen)多。我們(men)知道陶(tao)瓷材料(liao)很(hen)容易形(xing)成結(jie)構(gou)變(bian)體(ti),在(zai)晶體(ti)結(jie)構(gou)中(zhong),常(chang)把化(hua)學組成相(xiang)同但晶體(ti)結(jie)構(gou)不同的(de)(de)(de)(de)現象(xiang)稱為同質(zhi)多象(xiang),也稱為多晶型。而氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁陶(tao)瓷就有8種(zhong)以上(shang)同質(zhi)異象(xiang)體(ti),例(li)如,α-Al2O3、γ-Al2O3、η-Al2O3、θ-Al2O3等。經過(guo)對其中(zhong)最(zui)常(chang)用的(de)(de)(de)(de)幾(ji)種(zhong)異象(xiang)體(ti)細(xi)致的(de)(de)(de)(de)考察,一(yi)般認為γ-Al2O3是最(zui)具有開發潛力的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁。相(xiang)比(bi)(bi)于其它(ta)形(xing)態的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁,γ-Al2O3是一(yi)種(zhong)多孔(kong)性(xing)(xing),高分散(san)度的(de)(de)(de)(de)固體(ti)物料(liao),具有比(bi)(bi)表面(mian)(mian)積大,吸附性(xing)(xing)能好(hao),表面(mian)(mian)酸性(xing)(xing)和熱(re)穩(wen)定性(xing)(xing)良好(hao)等特點。另外可(ke)(ke)以控制(zhi)(zhi)(zhi)其制(zhi)(zhi)(zhi)備(bei)條件可(ke)(ke)以制(zhi)(zhi)(zhi)得多種(zhong)不同比(bi)(bi)表面(mian)(mian)積和孔(kong)容的(de)(de)(de)(de)γ-Al2O3產品,因(yin)此常(chang)被稱作(zuo)“活性(xing)(xing)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁”,不僅在(zai)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鋁系載(zai)(zai)體(ti)中(zhong),在(zai)整個催化(hua)劑載(zai)(zai)體(ti)領域也是應用最(zui)為廣泛(fan)的(de)(de)(de)(de)品種(zhong)。
應用領(ling)域(yu)
1、利用吸(xi)附性作(zuo)為活性催化劑
活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)氧化(hua)鋁具有明顯的吸附劑特征,如H-H鍵,C-H鍵等,因(yin)此(ci)在烴類裂(lie)化(hua),醇類脫水(shui)制醚(mi)等反(fan)應中(zhong)(zhong)(zhong)可直接作(zuo)為活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)催化(hua)劑加入(ru)反(fan)應體(ti)系中(zhong)(zhong)(zhong)。如乙醇脫水(shui)生(sheng)產乙烯,由于活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)氧化(hua)鋁表(biao)面同(tong)時(shi)存在酸性(xing)(xing)(xing)(xing)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin)和(he)堿性(xing)(xing)(xing)(xing)中(zhong)(zhong)(zhong)心(xin),因(yin)此(ci)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)氧化(hua)鋁本身就是(shi)一種(zhong)很好的催化(hua)劑。但(dan)目前活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)氧化(hua)鋁直接用作(zuo)工業催化(hua)劑還不(bu)多。
2、作為催化劑載體(ti)
氧化(hua)鋁載(zai)(zai)體(ti)是(shi)指白(bai)色粉末狀(zhuang)或(huo)已(yi)成(cheng)(cheng)型(xing)的(de)(de)氧化(hua)鋁固體(ti),是(shi)一類使用最為廣泛(fan)的(de)(de)催(cui)化(hua)劑(ji)載(zai)(zai)體(ti),約占(zhan)工業上(shang)負載(zai)(zai)型(xing)催(cui)化(hua)劑(ji)的(de)(de)70%。催(cui)化(hua)劑(ji)載(zai)(zai)體(ti)的(de)(de)常用形(xing)(xing)狀(zhuang)包括(kuo):柱(zhu)狀(zhuang)、環狀(zhuang)、球狀(zhuang)、壓片狀(zhuang)、顆粒狀(zhuang)以(yi)及擠條(tiao)狀(zhuang)等等。工藝也(ye)可大致分為兩類,簡單來說,其一:先(xian)將活性(xing)(xing)氧化(hua)鋁制成(cheng)(cheng)所需形(xing)(xing)狀(zhuang)后通過浸泡等方式將催(cui)化(hua)劑(ji)組(zu)分負載(zai)(zai)上(shang)去;其二:現將活性(xing)(xing)氧化(hua)鋁與(yu)催(cui)化(hua)劑(ji)組(zu)分混(hun)合(he)后通過儀(yi)器將其制成(cheng)(cheng)所需形(xing)(xing)狀(zhuang),形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)新型(xing)催(cui)化(hua)劑(ji)。一般其分為以(yi)下幾類:
(1)高(gao)溫氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)載體(ti)(ti):此類氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)比表面積很小,具有耐(nai)(nai)高(gao)溫性(xing)、耐(nai)(nai)化(hua)學性(xing)以及較高(gao)的機械(xie)強度,所以能耐(nai)(nai)惡劣的操(cao)作條件。由于氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)的惰性(xing),高(gao)溫氧(yang)(yang)化(hua)鋁(lv)載體(ti)(ti)不會成為引(yin)起副(fu)反(fan)應(ying)和選擇(ze)性(xing)下降的潛(qian)在(zai)活(huo)性(xing)源,也不會成為催化(hua)劑(ji)體(ti)(ti)系(xi)的潛(qian)在(zai)毒害源。
(2)相(xiang)互作用型載體:此(ci)類(lei)氧化鋁應用最(zui)廣泛(fan),它能(neng)和催(cui)(cui)化劑活性組(zu)分相(xiang)反應,使(shi)催(cui)(cui)化劑活性組(zu)分散到載體中(zhong),為活性組(zu)分提供有效的(de)比(bi)表(biao)面積和合(he)適的(de)孔結構,以提高催(cui)(cui)化劑的(de)熱穩(wen)定性及抗毒(du)性能(neng)。
(3)起(qi)協同(tong)作用或雙功能載體:此(ci)類(lei)氧化(hua)鋁除起(qi)到(dao)活性組(zu)分(fen)的骨(gu)架以外(wai),還為催化(hua)劑的催化(hua)效應(ying)提供(gong)增益效果。
應(ying)用(yong)舉例(li)
1、在汽車尾氣催(cui)化劑載體(ti)中的應用
汽(qi)車尾氣(qi)(qi)所排放(fang)的(de)(de)主(zhu)要(yao)污(wu)染物(wu)(wu)為:CO,NOx,CxHy和(he)Pb等,NOx和(he)碳(tan)氫化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)受(shou)強紫外線照射后,還(huan)會產生新的(de)(de)二次污(wu)染—光化(hua)(hua)學(xue)煙(yan)霧(wu),由光化(hua)(hua)學(xue)煙(yan)霧(wu)所造成的(de)(de)直接(jie)或間接(jie)經濟損失都(dou)很(hen)大。避免(mian)產生光化(hua)(hua)學(xue)煙(yan)霧(wu)的(de)(de)重(zhong)要(yao)途徑(jing)是對(dui)汽(qi)車排放(fang)尾氣(qi)(qi)進(jin)行前期治(zhi)理。目前的(de)(de)最(zui)好辦法是在汽(qi)車尾氣(qi)(qi)排放(fang)管上安裝催(cui)化(hua)(hua)裝置,使不飽和(he)的(de)(de)炭(tan)氫化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)、氮氧化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu)轉(zhuan)變為飽和(he)的(de)(de)化(hua)(hua)合(he)物(wu)(wu),而氧化(hua)(hua)鋁正(zheng)是此轉(zhuan)化(hua)(hua)過程催(cui)化(hua)(hua)劑的(de)(de)優良載體(ti)。
2、在草酸(suan)酯合成催化劑中(zhong)的應用
CO氣相偶聯(lian)合成草(cao)酸(suan)酯工藝的關鍵技術是高效催化(hua)劑(ji)的研制(zhi)(zhi),氧(yang)化(hua)鋁(lv)是該反(fan)應中應用(yong)最廣泛的催化(hua)劑(ji)載體材料之一。制(zhi)(zhi)備合適的氧(yang)化(hua)鋁(lv)載體是開發CO氣相偶聯(lian)合成草(cao)酸(suan)二(er)甲酯用(yong)催化(hua)劑(ji)的核心性能,優異的氧(yang)化(hua)鋁(lv)可提高催化(hua)劑(ji)的活性和(he)選(xuan)擇(ze)性。
3、在催(cui)化(hua)裂化(hua)(FCC)催(cui)化(hua)劑中(zhong)的(de)應用(yong)
活性(xing)氧化鋁是一種重(zhong)要的(de)基質(zhi)材料,作為固體酸添(tian)加到裂化催(cui)化劑基質(zhi)中,不僅可(ke)以(yi)改(gai)善基質(zhi)活性(xing),而且可(ke)以(yi)充分利用(yong)對高嶺土和(he)分子篩的(de)粘(zhan)結作用(yong),制(zhi)備出具(ju)有基質(zhi)活性(xing)和(he)較好抗磨性(xing)的(de)催(cui)化劑。
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