γ-Al2O3催化剂的凝胶法制备及其性能的测定

γ-Al2O3催化剂的凝胶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γ-Al2O3，首先进行凝胶的制备，其次，浆化洗涤和胶溶，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γ-Al2O3，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

γ-Al2O3就是通常所说的活性氧化铝，有时也将χ、η和γ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γ-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。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γ-Al2O3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，在加热脱水得到γ-Al2O3。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γ-Al2O3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8.5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，并使产品的堆积密度减小。另外，45-50℃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γ-Al2O3加热温度是450-600℃。

4.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100℃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酸

钠溶液和5-7ml6.3mol/L的硝酸均匀的倒入烧杯中，保持pH=7.2-8.0，加热搅拌0.5h，反应温度控制在45-50℃。 4.3.2 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=7.2-8.0，并加热到40 ℃，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45-50℃，然后抽滤，如此洗涤2-3次。

在盛有浆化洗涤后得到的氢氧化铝凝胶的烧杯中加入0.5-1.5ml 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成型和活化 （1）成型

取一支100ml量筒，加入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1.5h，即得到最终产品γ-Al2O3。 4.3.4 γ-Al2O3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状。

取少量进行差热分析，结果如下：

30252015 差热 热重差热±μv 热重ng1050-5-10-15050100150200250300350400450500550600温度 (℃)5.2讨论

产品经成型柱成形后，成形效果良好，但在500℃下活化1.5h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γ-Al2O3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，PH<9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=7.2-8.0。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45-50℃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. α-Al2O3的晶体结构与价电子结构[N].中国有色金属学报，2002.05. [2] 陈联群，等. 十二烷基硫酸钠的提纯与纯度测定[N].内江师范学院学报，2005，35(20)：37

[3] 周艳，等. 十二烷基硫酸钠制备方法的探讨[J].实验技术与管理，2006.03. [4] 刘向东，等. 影响膏体稳定性的一些因素[J].日用化学工业，1998.06.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/51u2.html