γ-Al2O3催化剂的凝胶法制备及其性能的测定.doc

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1、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

2、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

3、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-Al

4、2O3。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。

5、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），Z

6、NCL-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

7、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0.5-1.5ml6.3mol/L的硝酸，强烈搅拌45min，打成很细的流动

8、性较好的浆液。4.3.3