纳米三氧化二铝的应用及研究进展

纳米三氧化二铝的应用及研究进展

应化100130139 吕进

摘要：本文主要简述三氧化二铝的催化原理和他的结构、组成。简述其制备的方法和表征以及其使用情况。总的说来，三氧化二铝的制备分别有以下几中方法：碱法生产三氧化二铝；酸法生产三氧化二铝；电热法生产三氧化二铝。三氧化二铝的性质，包括比表面积、孔结构、晶体结构和形貌等，主要由其制备方法决定.。氧化铝包括了α型氧化铝和γ氧化铝。

关键词：三氧化二铝，催化原理，制备，表征 ，球花型介孔A12O3，X-射线衍射

(XRD)，Pt/A12O3的制备

Nano 3 oxidation the application and research progress

Applied Chemistry 100130139 LV Jin

Abstract: this paper mainly discusses the catalytic principle and his 3 oxidation 2 aluminium structure, composition. Briefly introduces the preparation and characterization of the method and the use. On the whole, the preparation of the 3 oxidation 2 aluminium respectively in the following methods: 3 oxidation 2 aluminium production process; Acid production by 3 oxidation 2 aluminium; Electric heating method production 3 oxidation 2 aluminium. 3 oxidation the properties, including specific surface area, pore structure, crystal structure and

morphology, mainly by its preparation methods decision.. Alumina including α type alumina and gamma alumina.

Key words: 3 oxidation 2 aluminium, catalytic principle, preparation, characterization, the ball pattern mesoporous A12O3, X-ray diffraction (XRD), Pt/A12O3 preparation

1 组成

1 活性组分:三氧化二铝 2载体:负载型催化剂 3助催化剂: α-A12O3， γ- A12O3

2 结构

在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心

3 催化原理

具有良好的孔径分布、较大的孔容和比表面积以及多种晶型的不同性能

4 制备

4.1 碱法生产A12O3

碱法的基本原理是使矿石中的A12O3与碱在一定条件下生成铝酸钠进入溶液，从而

与二氧化硅和氧化铁等杂质分离，然后再使纯净的铝酸钠溶液分解析出Al(oH)3，经高温锻烧制得成品A12O3。

碱法生产A12O3又可分为拜耳法、烧结法、联合法。

4.2 酸法生产A1203

酸法是用适当的无机酸处理矿石使产生的相应铝盐(如AIC13、 A12(S04)3、Al州03)3)进入溶液中，矿石中的氧化硅不与酸作用而残留于渣中;将铝盐进一步净化除铁后，使之分解得到Ab03。该法需要昂贵的耐酸设备，且所使用的酸回收十分困难，所以难以

用于大规模的工业化生产

4.3 电热法生产A12O3

电热法用来处理高铁铝矿，将矿与炭还原剂配成炉料在电弧炉内高温(2000℃)下进行还原熔炼，矿石中的氧化硅和氧化铁被还原成硅铁合金，而A12O3则呈熔状态的铝酸钙渣上浮，由于比重不同而分层，所得A12O3:渣再用碱法处理，从中提取A12O3，所得硅铁合金为成品，目前还处于研究阶段。

4.4 Pt/A12O3的制备:利用上述合成的介孔A12O3为载体，以浓度为7.72x10—2mol/L的H_2PtC1_6溶液为R前驱体，采用“等体积浸渍法”制备Pt/Al_2O_3催化剂。合成的催化剂经干燥后分别于450℃和550℃焙烧5h。所得催化剂根据CS用量不同分别记为Pt/Al_2O_3(0.5)和Pt/A12O3(1.0)，pt含量为5.0(wt)%。

5 表征

用X-射线衍射(XRD)，氮吸附等温线，透视电镜(TEM)，红外光谱，差热分析及粒度分析等实验手段对其进行了结构表征。

(l)XRD:以Cu靶，波长入=1.5406nm，电压为40kV，电流为100mA，DS狭缝:1/2，RS狭缝:0.3mm，SS狭缝:1/2，扫描速度2/min，对介孔氧化铝(介观结构)和介孔氧化铝进行X射线衍射测试。

(2)氮吸附等温线:样品的N_2吸附一脱附等温线用Beekman Coulter SA3100系统在液氮(77K)下测定。样品的比表面积使用相对压力p/p从0.05到0.25的吸附数据，按BTE方程计算得出，在压力区间内BTE方程具有很好的线性相关性。采用等温线的吸附分支数据，按BJH( Banett--Joyner—Halenda )模型计算样品的孔径分布。

(3)透视电镜(TEM):取少部分样品用去离子水配制成0.%1的混悬液，超声振荡10min，铜网制样，进行透射电镜观测样品形貌、孔径及孔径分布。

(4)TFIR:将介孔氧化铝(介观结构)和介孔氧化铝分别在KBr粉末中研磨、压片，用Nexus--8710(Nicolet，America)红外光谱仪进行红外分析，测试范围为

400--4000cm，分辨率为4cm，测试温度为25℃。

(5)DS:C以升温速率5℃/min，测温范围50℃一800℃，对介孔氧化铝(介观结构)进行DCS测试。

(6)粒度分析:以蒸馏水为介质在BT一9300H型激光粒度分布仪上对所制介孔氧化铝进行粒度分析。

(7) 为了进一步考察球花型介孔A12O3的孔道有序性，并确定其晶型结构，对其做了小角和广角XRD表征。图4--7a为样品的小角XRI图，其中没有出现任何小角特征衍射峰，表明合成的球花型介孔A12O3的孔道为无序结构，这与图4--2b中TEM的表征结果一致。从图4--7b可见，球花型介孔A12O3在5~75’的广角范围内没有出现γ-A12O3的特征衍射峰，说明该球花型介孔A12O3的孔壁由无定型A12O3组成。

球花型介孔A12O3的NH3-TPD表征结果(图4--8)表明，NH3脱附峰主要集中在 150~300℃的低温阶段，在400℃左右只有一个较弱的NH3脱附肩峰存在，说明合成的球花型A12O3表面酸性较弱。

6 使用情况

A12O3作为催化剂或载体主要是利用A1203良好的孔径分布、较大的孔容和比表面积以及多种晶型的不同性能。随着石油炼制、石油化工的发展，金属氧化物大量用作固体催化剂，特别是70年代后，A12O3在化工中的作用显得特别突出，广泛用于石油精炼、汽车尾气处理、氮氧化物的除去、加氢催化剂、重整反应、光催化等。

传统的A12O3以各种晶相形式存在，适合作为工业催化剂、催化剂载体、吸附剂和离子交换剂，其中γ-A12O3和β-A1203是最重要的固体酸催化剂。但由于某些缺陷(如:孔径分布较宽等)，传统A12O3的应用受到了一定的限制。介孔A12O3则由于其孔道形状和大小可以调节等优越的性能有望能更加广泛地应用于催化剂及其载体领域。以多孔A12为代表的无机膜以其优异的机械性能以及对溶液pH值、氧化和温度的超强耐受性，在污染防治、资源利用和污水处理领域受到了人们的广泛关注。NiinaLaitine年等研究了

用三氧化二铝膜处理生物处理后的水，获得了比较理想的效果。此外，采用多孔A12O3膜分离钢铁工业废水、油田采出水、生活污水均取得了较满意的结果

在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，Al3+对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高．α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基

同传统的A12O3比较，m-A12O3具有孔隙率高、孔径分布窄、比表面积高的结构特点，具有良好的吸附性能、表面酸性及热稳定性，有望成为优良的催化剂载体。KF/A12O3催化剂是新型固体碱催化剂，因其实验操作简单，反应条件温和，催化活性高，选择性强等优点，在绿色有机合成中有广泛应用。其活性载体的不同而有显著差异，A120，的表面活性作用有可能对反应的立体选择有改变。在国内外己有的研究中，KF/A12O3催化剂都是以普通A12O3，和γ-A12O3为载体，通过浸泡负载制备得到。而近年来具有纳米结构的介孔Al_2O_3。由于其独特的多孔结构，具有孔隙率高、孔径分布窄、比表面积大等优点，可应用于多种催化剂的载体的制备。

7 应用

7.1 透明陶瓷：高压钠灯灯管、EP-ROM窗口。

7.2 化妆品填 应用范围：原料。

7.3 单晶、红宝石、蓝宝石、白宝石、钇铝石榴石。

7.4 高强度氧化铝陶瓷、C基板、封装材料、刀具、高纯坩埚、绕线轴、轰击靶、炉管。

7.5 精密抛光材料、玻璃制品、金属制品、半导体材料、塑料、磁带、打磨带。

7.6 涂料、橡胶、塑料耐磨增强材料、高级耐水材料。

7.7 气相沉积材料、荧光材料、特种玻璃、复合材料和树脂

7.8 实验催化剂。

7.9 建筑材料。

7.10在锂电池里面的主要作用是做电极涂层。

参考文献

1 L I Chuan2 Run (李传润 ) , FENG Yi2 Si (冯乙巳 ) , Y ANG Qing2 Hua (杨庆华 ) . Prog Chem (化学进展 ) [ J ] , 2006,18 (11) : 1 482

2 [2]宋晓岚，邱冠周，吴雪兰，曲选辉.特种氧化铝生产研究开发现状及其展望[J].材料导报，2004，18(4):12一16

3 苗建国，李小斌，龚辉辉.多品种氧化铝的研究进展[J]，轻金属，1997，(8):12一16

4 李广战，周峰，王强，孟春玲.氧化铝质陶瓷纤维的制备方法与应用[J].现代技术陶瓷，2007，(2):32一35

5 陈兴权，赵春香，赵天生.焙烧温度对TiO2/A12O3催化剂气相醋交换合成碳酸甲丙酷性能的影响[J].石油化工，2007，36(5):447一451

6 侯炳毅.氧化铝生产方法简介[J].金属世界，2004，(l):12一12，1

7 李强，马智.活性氧化铝在Fcc催化剂中的应用研究[J].工业催化，2006，14(l):64一67

8 杨重愚(Yang ZY).氧化铝生产工艺学(第二版)(Technology of Alumiana-production.2nd ed)。北京:金工业出版(Bejiing:Publishe:of –Metatallurgy industry)， 1993.6-12

9 赵瑞红，郭奋，李翠平，陈建峰，赵焕棋.非离子模板剂制备有序介孔氧化铝及表征[J].化工进展，2007，26(5):710一714

10 张波，王晶，王新刚.半代聚酞胺-胺型树状高分子对介孔氧化铝孔径调节作用[J]硅酸盐通报，2006，25(6):52-55

纳米三氧化二铝的应用及研究进展

专业：应用化学

学号：100130139

姓名：吕进