CN106348326A - 一种γ氧化铝及其制备方法、应用与设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种γ氧化铝及其制备方法、应用与设备；该γ氧化铝由包括以下原料的组分烧成：铝源材料、无机扩孔剂、有机扩孔剂；所述铝源材料为在所述烧结温能够完全分解成氧化铝的化合物；所述无机扩孔剂为在所述烧结温度能够完全分解成气体的无机化合物；所述有机扩孔剂为在所述烧结温度中能够完全分解成气体的有机物。本发明还提供一种用于制备γ氧化铝的设备，包括燃烧炉和设于其下方的冷却炉；所述燃烧炉顶部设有粉体供给管、炉体侧壁上方设有数根燃气供给管，用以喷射火焰对炉内粉体进行加热燃烧；所述冷却炉的上部设有输入口，通过进料阀与燃烧炉底部的出料口密封固定连接；冷却炉的底部设有出料口；所述冷却炉外壁缠绕有冷却水路盘管。
Description
技术领域
本发明涉及一种γ氧化铝及其制备方法、应用与设备。
背景技术
汽车催化转化器一般安装在引擎排气口，常常瞬间内承受1000℃左右的高温，在如此高温冲击下，很容易引起催化剂表面积减小，活性组分流失或烧结。为提高催化剂的稳定性，载体活性氧化铝的热稳定性是非常重要的。
为提高载体的热稳定性，国内外多采用添加热稳定助剂的手段。Mg2+，Ca2+，Ga3+，In3+，Zr4+，Th4+等的氧化物有抑制α-Al2O3生成的作用。国外近年来的热稳定助剂一般选用ZrO2，TiO2等钙钛矿型复合氧化物，碱土金属氧化物BaO，CaO，SrO；国内较为常用的是稀土金属如Ce，Nd，Pr等的氧化物以及两种或多种稀土氧化物的混合物。
提高抗高温能力通常是通过添加一些稀土氧化物，过渡族金属氧化物或碱土金属氧化物来实现的。但是增添过渡族金属氧化物或碱土金属氧化物一是影响了氧化铝催化剂载体的纯度，一定程度上影响了催化剂载体的使用性能，二是增加了生产成本。如何在不添加任何添加剂的情况下，制备高纯、高比表面积、高孔容、耐热性好的氧化铝催化剂载体，成为大家关注的焦点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种γ氧化铝及其制备方法与应用。本发明所制得的γ氧化铝比表面积大、孔容高；热稳定性好，活性组分不易流失或烧结。
本发明采用如下技术方案：
一种γ氧化铝，由包括以下原料的组分烧结制成：铝源材料40-80重量份，无机扩孔剂3-20重量份，有机扩孔剂1-20重量份；
所述铝源材料为在所述烧结温度能够完全分解成氧化铝的化合物；优选地，所述铝源材料为在500℃以下能够完全分解成氧化铝的化合物。
所述无机扩孔剂为在所述烧结温度能够完全分解成气体的无机化合物；优选地，所述无机扩孔剂为在100℃以下能够完全分解成气体的无机化合物。
所述有机扩孔剂为在所述烧结温度能够完全分解成气体的有机物；优选地，所述有机扩孔剂为在300℃以下能够完全分解成气体的有机物。
优选地，所述烧结温度为500-1100℃，进一步优选为800-1000℃，更优选为900℃。
优选地，所述烧结时间为1-10h，进一步优选为3-6h。
优选地，所述铝源材料为勃姆石，氢氧化铝，碳酸铝，硫酸铝，异丙醇铝，醋酸铝等中的一种或几种；进一步优选为勃姆石或氢氧化铝。
优选地，所述无机扩孔剂为碳酸氢铵，碳酸铵，硫酸铵，硝酸铵等中的一种或几种，进一步优选为碳酸氢铵。
优选地，所述有机扩孔剂包括PEG(聚乙二醇)系列有机物，PVA系列有机物，尿素，苯类，醇类，脂类等中的一种或几种；进一步优选PEG分子量2000以下，更进一步优选PEG分子量为200-600。
优选地，所述制备γ氧化铝的原料包括：氧化铝或勃姆石40重量份、碳酸氢铵3-5重量份、PEG200 1-4重量份。
可将铝源材料、无机扩孔剂、有机扩孔剂通过现有技术常规方法混合，得到制备γ氧化铝的原料，然后粉碎制成所需粒径的粉体。例如搅拌混合，球磨混合，打浆成液体混合然后进行干燥(烘干、微波干燥、喷雾干燥等)。
本发明还包括上述γ氧化铝的制备方法，包括将制备γ氧化铝的原料混合后粉碎，于500-1100℃优选为800-1000℃更优选为900℃烧结制成。优选地，所述烧结时间为1-10h，进一步优选为3-6h。
本发明还包括上述方法制得的γ氧化铝。
本发明还提供一种γ氧化铝，其比表面积80-160m2/g，总孔容0.6-1.5cm3/g；优选地，其比表面积110-140m2/g，总孔容1.0-1.1cm3/g。
该γ氧化铝可由上述方法制备而成。
实验证明，本发明γ氧化铝于1100℃老化12小时后，其比表面积和孔容仅下降10％以内。
如无特殊指明，本发明所述比表面积、孔容均由美国康塔仪器公司生产的Quantachrome SI仪器测量得到。
本发明还包括上述γ氧化铝在用作用作汽油车催化剂载体、柴油车催化剂载体方面等的应用。
本发明通过高温燃烧扩孔法制备催化剂载体用γ氧化铝，该方法简便易行，所制得的γ氧化铝比表面大于80m2/g，孔容大于0.6cm3/g；该γ氧化铝热稳定性高，高温条件下比表面积不易减小，活性组分不易流失或烧结，具有良好地应用前景。
本发明还提供一种用于制备γ氧化铝的设备，包括燃烧炉3和设于其下方的冷却炉4；燃烧炉3顶部设有粉体供给管1、燃烧炉3炉体侧壁上方设有数根燃气供给管2，用以喷射火焰对炉内粉体进行加热燃烧，优先选用洁净的天然气加热。
冷却炉4的上部设有输入口，通过进料阀与燃烧炉3底部的出料口密封固定连接；冷却炉4的底部设有出料口；冷却炉4外壁缠绕有冷却水路盘管，冷却水路盘管一端设有冷却水进水口5和另一端设有冷却水出水口6，分别连接冷却水供给管和冷却水出水管。冷却炉用于将炉内反应物料进行冷却。
进一步地，所述设备还包括与所述冷却炉4底部出料口相连接的袋滤器7，所述袋滤器7依次连接有鼓风机8、尾气处理装置9等。设备内产生的尾气通过袋滤器7过滤后经鼓风机8传送至尾气处理设备9，尾气经处理后排放。
进一步地，所述燃烧炉直径600-800mm、高度6000-8000mm。
进一步地，所述冷却炉直径400-600mm、高度2000-3000mm。
进一步地，冷却水进水口设在出水口下方。
附图说明
图1为本发明用于制备γ氧化铝的设备的示意图。
图2为实施例2制备的γ氧化铝的SEM(扫描电镜)图。
图中：1粉体供给管；2燃气供给管；3燃烧炉；4冷却炉；5冷却水进水口；6冷却水出水口；7袋滤器；8鼓风机；9尾气处理设备。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下所述比表面积、孔容均由美国康塔仪器公司生产的Quantachrome SI仪器测量得到。
实施例1
结合图1对本发明用于制备γ氧化铝的设备进行详细描述。
一种用于制备γ氧化铝的设备，包括燃烧炉3和设于其下方的冷却炉4；燃烧炉3顶部设有粉体供给管1、燃烧炉3炉体侧壁上方设有数根燃气供给管2，用以喷射火焰对炉内粉体进行加热燃烧，优先选用洁净的天然气加热。
冷却炉4的上部设有输入口，通过进料阀(图1中未示出)与燃烧炉3底部的出料口密封固定连接；冷却炉4的底部设有出料口；冷却炉4外壁缠绕有冷却水路盘管，冷却水路盘管一端设有冷却水进水口5和另一端设有冷却水出水口6，分别连接冷却水供给管和冷却水出水管。冷却炉用于将炉内反应物料进行冷却。
进一步地，所述设备还包括与所述冷却炉4底部出料口相连接的袋滤器7，所述袋滤器7依次连接有鼓风机8、尾气处理装置9等。设备内产生的尾气通过袋滤器7过滤后经鼓风机8传送至尾气处理设备9，尾气经处理后排放。
优选地，所述燃烧炉直径600-800mm、高度6000-8000mm；所述冷却炉直径400-600mm、高度2000-3000mm。进一步地，冷却炉进水口设在出水口下方。
本发明制备γ氧化铝的设备的工作过程：将混合好的粉体原料通过设备顶部的粉体供给管1缓慢连续加入到燃烧炉3中，优选粉体加入速度低于35kg/h，燃烧炉3通过燃气供给管2供应天然气进行火焰加热，燃烧炉3内温度控制在800-1000℃，混合粉体原料在燃烧炉3阶段通过燃烧使无机扩孔剂和有机扩孔剂分解掉，扩孔剂的分解有利于提高生成的氧化铝粉体的比表面积和孔容，然后分解完的粉料降落至燃烧炉3底部；燃烧炉3内物料反应完毕后或间隔一定时间打开设置在冷却炉4上部输入口与燃烧路3底部出料口之间的进料阀，使反应后的物料进入冷却炉4进行冷却，最终生成的γ氧化铝粉体在冷却炉4底部进行收集。产生的尾气通过袋滤器7过滤后经鼓风机8的传送进入尾气处理设备9进行处理，然后排放。
实施例2
称取氢氧化铝40g、碳酸氢铵3g、PEG200 1g，混合均匀，粉碎，于900-950℃烧制4h，得到γ氧化铝。
该γ氧化铝比表面积、孔容见表1，SEM图见图1。
实施例3
称取勃姆石40g、碳酸氢铵3g、PEG200 1g，混合均匀，粉碎，于900-950℃烧制4h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1。
实施例4
称取勃姆石40g、碳酸氢铵3g、PEG200 1g，混合均匀，粉碎，于900-950℃烧制6h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1
实施例5
称取氢氧化铝40g、碳酸氢铵5g、PEG200 4g，混合均匀，粉碎，于900-950℃烧制4h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1。
对比例1
称取氢氧化铝40g、碳酸氢铵5g、PEG200 4g，混合均匀，粉碎，于1150℃烧制4h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1。
对比例2
称取氢氧化铝40g、碳酸氢铵50g、PEG200 50g，混合均匀，粉碎，于900-950制4h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1。
对比例3
称取氢氧化铝40g、碳酸氢铵3g、PEG200 1g，混合均匀，粉碎，于900-950℃烧制0.5h，得到γ氧化铝。该γ氧化铝比表面积、孔容见表1。
表1
实验例
分别将实施例2-5及对比例1-3制备的氧化铝在1100℃老化6h，检测其比表面积和孔容，结果见下表2。结果表明，实施例2-5γ氧化铝仍具有较高的比表面积和孔容，而对比例氧化铝比表面积和孔容显著下降。
表2
| 样品 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
| 比表面积 | 121m2/g | 110m2/g | 109m2/g | 135m2/g | 50m2/g | 36m2/g | 38m2/g |
| 孔容 | 1.0cm3/g | 0.8cm3/g | 1.0cm3/g | 0.8cm3/g | 0.4cm3/g | 0.4cm3/g | 0.5cm3/g |
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种γ氧化铝，其特征在于，由包括以下原料的组分烧结制成：铝源材料40-80重量份，无机扩孔剂3-20重量份，有机扩孔剂1-20重量份；
所述铝源材料为在所述烧结温度能够完全分解成氧化铝的化合物；
所述无机扩孔剂为在所述烧结温度能够完全分解成气体的无机化合物；
所述有机扩孔剂为在所述烧结温度中能够完全分解成气体的有机物。
2.根据权利要求1所述的γ氧化铝，其特征在于，所述烧结温度为500-1100℃，优选为800-1000℃，更优选为900℃。
3.根据权利要求1所述的γ氧化铝，其特征在于，所述铝源材料为勃姆石，氢氧化铝，碳酸铝，硫酸铝，异丙醇铝，醋酸铝中的一种或几种；和/或，
所述无机扩孔剂为碳酸氢铵，碳酸铵，硫酸铵，硝酸铵中的一种或几种；和/或，
所述有机扩孔剂包括PEG系列有机物，PVA系列有机物，尿素，苯类，醇类，脂类中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的γ氧化铝，其特征在于，所述PEG分子量在2000以下，优选PEG分子量为200-600。
5.根据权利要求1-4任一项所述的γ氧化铝，其特征在于，所述原料包括氢氧化铝或勃姆石40重量份、碳酸氢铵3-5重量份、PEG200 1-4重量份。
6.一种γ氧化铝，其特征在于，其比表面积80-160m2/g，总孔容0.6-1.5cm3/g；优选地，其比表面积110-140m2/g，总孔容1.0-1.1cm3/g。
7.权利要求1-6任一项所述γ氧化铝的制备方法，其特征在于，包括将制备γ氧化铝的原料混合后粉碎，烧结制成；所述烧结温度为500-1100℃，优选为800-1000℃，更优选为900℃；所述烧结时间为1-10h，优选为3-6h。
8.权利要求1-6任一项所述的γ氧化铝在用作汽油车催化剂载体、柴油车催化剂载体方面的应用。
9.一种用于制备γ氧化铝的设备，其特征在于，包括包括燃烧炉和设于其下方的冷却炉；所述燃烧炉顶部设有粉体供给管、炉体侧壁上方设有数根燃气供给管，用以喷射火焰对炉内粉体进行加热燃烧；所述冷却炉的上部设有输入口，通过进料阀与燃烧炉底部的出料口密封固定连接；冷却炉的底部设有出料口；所述冷却炉外壁缠绕有冷却水路盘管，其一端设有冷却水进水口和另一端设有冷却水出水口，分别连接冷却水供给管和冷却水出水管。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，还包括与所述冷却炉底部出料口相连接的袋滤器，所述袋滤器依次连接有鼓风机、尾气处理装置；所述设备内产生的尾气通过袋滤器过滤后经鼓风机的传送至尾气处理设备，尾气经处理后排放；优选地，所述燃烧炉直径600-800mm、高度6000-8000mm；所述冷却炉直径400-600mm、高度2000-3000mm。
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