干燥方法对氢氧化铝和氧化铝形貌的影响

　　氧化铝由于具有高硬度、高强度、耐热(熔点略 高于2000℃)、耐腐蚀等一系列优异特性,是一种重要的化工原料.氧化铝也是一种良好的工业材料, 它在合成材料方面具有主导地位.氧化铝是一种常用的催化剂载体,广泛应用在催化燃烧、汽车尾气控制、甲烷部分氧化制合成气等领域以及在改性和加氢处理等石油工业中.关于氧化铝的催化性能已经进行了大量研究并有一些综合性论文.这是因为氧化铝具有明显的吸附剂特征并能活化许多键,如H-H键、C-H键、C-C键.因此,它在一系列反 应中都显示出活性,如交换反应、烯烃的双键位移或 骨架异构化反应、烃类裂化、醇类脱水制醚或烯、聚合、水解等,因此在这方面的研究成果不少.目前主要的生产方法均为先生产出氧化铝的前体氢氧化铝,然后在不同的温度下煅烧,就可以得到不同晶型的氧化铝,而且也出现了多种方法.利用烷基金属盐和酯的水解以制备高纯度、高均一性的超细氧化物颗粒是近年来超速发展的一个方向,因此本文选用烷基金属醇盐异丙醇铝(AIP)水解法并运用溶胶—凝胶法来制备出氧化铝.使用这些烷氧基化合物主要是因为它们的活性很高.另外水很容易使它们进行水解和浓缩反应.另一个优点是由于烷氧基化合物能在许多溶剂中形成均匀溶液,因此反应混合物就很容易形成分子同质性.目前,对这类烷氧化物的研究已经取得了不少成果,烷氧化物水解的过程分为水解和聚合两个步骤.

　　烷氧醇铝的水解和聚合反应方程式为:

　　水解

　　Al(OR)3+H2O—→Al(OH)(OR)2+ROH(1)

　　聚合

　　2Al(OH)(OR)2+H2O—→ RO-Al(OH)-O-Al(OH)-OR+2ROH (2)

　　式中R=CH(CH3)2有一些研究者在反应中加入了表面活性剂作为模板剂,即成为改性所制备的氧化铝,也取得了非常好的效果.以前的研究一般是关于制备方法和原料对所得氧化铝的影响,本文是对干燥成品的干燥方法对氧化铝的影响进行研究

　　2 干燥方法

　　2.1 实验药品及仪器

　　(1)异丙醇铝(AIP)、聚乙二醇辛基苯基醚(OP)、乙醇(EtOH)、氨水、盐酸、水为二次蒸馏水;

　　(2)8522型恒温磁力搅拌器、自制的简易喷雾 干燥装置、日本GB-22型Pulvis微型旋风分离喷雾干燥器、HITACHIS-530型扫描电镜

　　2.2 样品的制备 

　　(1)配置AIP溶液:先用无水乙醇(金属醇盐在 高级醇中比较容易发生醇交换反应)溶解异丙醇铝(AIP),为防止和减少AIP的水解而产生沉淀,在配置AIP溶液时加入一定量的盐酸(溶解的比例为40ml无水乙醇溶解1g的AIP,加入0.8ml盐酸). 

　　(2)制备氢氧化铝溶胶:取一定量的AIP溶液在其中加入定量的表面活性剂(AIP:表面活性剂=2∶1)并且混合均匀.然后在搅拌的同时加入用氨水配置而成的水解液,在滴加的时候要缓慢的滴入(如果滴加速度过快会使水解速率大于缩聚速率,从而导致沉淀生成),待水解液滴加完毕之后,得到氢氧化铝溶胶,为了使其完全反应,在搅拌反应3h后将其稀释,再继续搅拌反应3h.再将溶胶放在室温中老化24h.

　　(3)制备氢氧化铝和氧化铝颗粒:分别用3种不同的干燥方法干燥所得的溶胶,即室温自然干燥、自制的简易喷雾干燥装置喷雾干燥(原理示意图如图1)和日本GB-22型Pulvis微型旋风分离喷雾干燥器喷雾干燥.然后将3种不同方法干燥所得的氢氧化铝颗粒经过同样的条件煅烧(先在100℃煅烧3h之后在500℃再煅烧5h)各得到两种样品去做SEM电镜.

　　2.3 实验结果和讨论

　　(1)在室温中自然干燥时室温自然干燥氢氧化铝溶胶时所得的氢氧化铝和氧化铝(图2(b))的形貌均为片状的结晶,因为本方法是将所得的氢氧化铝溶胶放在表面皿中,在室温中自然干燥,溶剂从表面慢慢的蒸发,使各氢氧化铝颗粒有充分的时间相互接触,通过表面活性剂的作用使氢氧化铝各颗粒交联起来,由于是静止的干燥,就形成了片状的结晶或堆积体.

　　(2)用自制的简易喷雾干燥装置干燥时用自制的简易喷雾干燥装置喷雾干燥所得的氢氧化铝溶胶,可以得到长条形的氢氧化铝颗粒,经过煅烧后,发现有部分烧结,但是大部分还是保留了长条的形状,由此比较说明干燥条件对颗粒的结合形貌是有很大的影响的.

　　用自制的简易喷雾干燥装置后所得的氢氧化铝的有序度得到了很大的提高.由于是使用自制的简易喷雾干燥装置对样品进行干燥,此喷雾干燥将溶胶的稀释液喷成细小的小液滴,小液滴在下落的过程中干燥,表面进行收缩,但是在此过程中并没有将样品完全干燥,在样品到达接料皿后,继续蒸发表面的溶剂,由于存在表面活性剂,在溶剂蒸发时,表面活性剂将氢氧化铝交链在一起,形成长链,表面溶剂蒸发完全后,借助表面活性剂的作用就形成了长条形的氢氧化铝.但是也会有部分不能交链,就形成了类液滴形状的圆球形.经过煅烧去掉其中的水分之后,所得的大部分氧化铝也会遵循表面活性剂形成的秩序排列.这表明表面活性剂在氢氧化铝的形成过程中也起到了很大的排序作用,起到了模板作用

　　(3)用日本GB-22型Pulvis微型旋风分离喷雾 干燥时 用日本GB-22型Pulvis微型旋风分离喷雾干燥器干燥所得的氢氧化铝溶胶得到的氢氧化铝颗粒为中空球型,在经过煅烧后所得的氧化铝颗粒也为中空球型.

　　在使用自制的简易喷雾干燥装置喷雾干燥所得的氢氧化铝煅烧前后均为长条形,而使用日本GB-22型Pulvis微型旋风分离喷雾干燥器喷雾干燥完全的样品不论是在煅烧前的氢氧化铝颗粒还是在煅烧后的氧化铝颗粒均为中空球形.这与简易喷雾干燥装置干燥的样品有如此不同的效果,是因为使用自制的简易喷雾干燥装置干燥时,液滴是在管中做垂直下落,且在干燥过程中并没有将样品完全干燥,在空中干燥时间短、温度低,直到落到接料皿后才慢慢变干,使样品各颗粒之间有时间进行交链.而使用旋风分离喷雾干燥器时,液滴要经过数次在空中旋转,与管壁接触、碰撞,且在空中完全干燥.在干燥过程中,随着表面溶剂的蒸发,液滴表面的表面活性剂能够发生完全收缩,故形成了类液滴状的中空球形．

　　3 结束语

　　通过本实验可以得出,使用相同的原料和制备方法,而干燥方法不同时,所得的氢氧化铝和氧化铝的形貌均大不一样,室温自然干燥能够得到片状的外形,简易喷雾装置得到长条状外形,但是微型旋风分离喷雾干燥器得到中空球型的外形,这些不同之处应该是由于干燥过程中氢氧化铝微粒间的接触时间和方式不同而引起的.通过对比3种干燥方法所得的产品可以看出,使用微型旋风分离喷雾干燥器得到中空球型的外形产品,并且从图4中还可以看出各个颗粒上还有无数的小孔,使得这种颗粒具有比较大的比表面积,而催化剂载体的一个很重要的要求就是要有大的比表面积,这样这种产品可以作为一种优良的催化剂载体.