并流沉淀法制备活性氧化铝及其热稳定性的改性研究

作     者：王亚敏 

作者单位：沈阳工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡方;吴玉胜

授予年度：2015年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：并流沉淀法 γ-Al2O3 有机物 掺杂改性 热稳定性 

摘      要：γ-Al2O3因其拥有较高的比表面积、适宜的孔结构和良好的表面酸性等优异性能而被广泛用作催化剂及催化剂载体。但在汽车尾气催化过程中，由于体系温度可瞬间提升至1000℃以上，导致活活性氧化铝载体发生高温相变而失去活性，因此提高活性氧化铝的高温热稳定性能具有重要的现实意义。本论文主要针对制备高性能氧化铝和活性氧化铝改性两方面内容进行研究。第一部分系统地研究了采用并流法合成活性氧化铝的反应条件，通过XRD和N2吸附脱附测试确定最优合成条件，并结合TEM、FTIR等检测手段研究最适条件下的产品性能，其次通过添加正丁醇共沸蒸馏干燥及有机物PEG(2000)、非金属元素Si和稀土元素La对活性氧化铝热稳定性的改性研究。研究结果表明： 采用并流沉淀法在终点pH值为9、反应温度为70℃、老化温度为90℃、先热水后酒精洗涤的条件下制备的活性氧化铝性能最优。500℃焙烧后样品的比表面积，孔容和孔径分别为418.93m2·g-1、1.60cm3·g-1和9.60nm;经1100℃焙烧后样品的比表面积为103.61m2·g-1，其晶型依然保持为θ-Al2O3;经1200℃焙烧后样品的比表面积降低为69.64m2·g-1，晶型由θ-Al2O3部分转变为α-Al2O3。通过透射电镜分析，γ-Al2O3为纳米纤维结构，尺寸大约在10nm，经高温煅烧后，转变为纳米颗粒状结构，尺寸约为20nm，显示出了高度的分散性和热稳定性能。 通过添加不同介质进行共沸蒸馏干燥实验制备高比表面积大孔容孔径的活性氧化铝。实验表明，添加正丁醇制备的样品经500℃焙烧后其比表面积达到463.80m2g-1，孔体积1.92cm3·g-1和孔径11.61nm，且经1100℃的高温煅烧后，其比表面积和孔容，依然有109.55m2·g-1和0.81cm2·g-1。而对于添加表面活性剂PEG的活性氧化铝，其热稳定性明显高于未添加PEG的活性氧化铝，PEG可有效抑制γ-Al2O3向α-Al2O3转晶。PEG最佳添加量为1%，改性后制备的样品经500℃活化后其表面积，孔容和孔径分别为530.19m2·g-1，2.16cm3·g-1和13.93nm，经1100℃的高温煅烧后，其比表面积和孔容，依然有115.04m2·g-1和0.91cm2·g-1。 通过等体积浸渍法对活性氧化铝进行不同含量的Si掺杂。研究表明，Si掺杂能明显提高活性氧化铝的热稳定性能，经1100℃的高温煅烧后，Si掺杂量达到8%时，比表面积高达161.81m2·g-1，提高了近60m2·g-1的比表面积，改性效果最好。经1200℃的高温煅烧后，Si掺杂量达到6%时，比表面积依然能保持112.53m2·g-1，且晶型仍然为θ-Al2O3。另外，我们也对γ-Al2O3纳米纤维进行了La掺杂，研究表明，当La掺杂量达到6%时，其热稳定性能最佳，1200℃高温煅烧后，其比表面积依然能保持在93.07m2·g-1。 通过以上研究，采用并流沉淀法并在最佳工艺条件下，可获得具有优良性能的纳米纤维状活性氧化铝。通过合理的掺杂，可进一步提高活性氧化铝的热稳定性能。可见，优异的γ-Al2O3热稳定性能主要是由于其纳米纤维结构的高热稳定性能和元素掺杂共同作用的结果所致。