CN108285162A - 一种硅改性氧化铝及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种硅改性氧化铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在水中依次加入表面活性剂、γ‑氧化铝粉末以及含硅有机物，湿式粉碎形成分散液，干燥，焙烧，即可；其中，所述含硅有机物以二氧化硅计与所述γ‑氧化铝粉末的重量比为1：10～50。本发明提供的方法简便易行，能够使硅改性均匀，所得硅改性氧化铝成分均一。所得硅改性氧化铝孔容和比表面积大，尤其是具有良好的热稳定性，高温焙烧后仍能保持较高的比表面积和孔容。该方法制备成的硅改性氧化铝在高温尤其是高温高湿条件下有良好的应用前景。

Description

一种硅改性氧化铝及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及活性氧化铝领域，具体涉及一种硅改性氧化铝及其制备方法与应用。
背景技术
活性氧化铝是一种多孔性材料，具有高比表面、大孔容和特殊的表面性质，因而广泛应用于催化、吸附等领域。但当活性氧化铝应用在在某些高温环境尤其是高温水汽环境中时，会发生烧结和相转变导致其比表面和孔容大幅减小，其高温稳定性和水热稳定性往往不能满足要求。如在汽车尾气处理和催化燃烧中氧化铝工作环境温度高达1000℃以上，此时普通氧化铝基本都变为无孔的α-Al2O3，比表面积和孔容剧烈减少，失去催化、吸附活性。提高氧化铝材料的热稳定性具有重要的意义。目前通过引入其他元素来掺杂改性氧化铝是提高氧化铝的热稳定性的主要方法。
现有技术对氧化铝进行改性采用的常规制备方法是浸渍法，通常采用硅脂的有机溶剂溶液浸渍氧化铝固体。但这样经常会产生浸渍不均匀，得到的改性氧化铝成分不一的问题；或者向氧化铝浆料(氧化铝和水的悬浮液)中加入硅、沉淀剂或成胶剂，形成沉淀或溶胶-凝胶的方法，但由于氧化铝在水中容易发生团聚等原因，仍无法保证混合的均匀性，进而导致得到的氧化铝硅分布的不均匀。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种硅改性均匀、高热稳定的硅改性氧化铝及其制备方法。
具体而言，本发明提供的方法包括如下步骤：在水中加入表面活性剂、γ-氧化铝粉末以及含硅有机物，湿式粉碎形成分散液，干燥，焙烧，即可；其中，所述含硅有机物以二氧化硅计与所述γ-氧化铝粉末的重量比为1：10～50。
为了使所述分散液能够分散充分且均匀，本发明所述表面活性剂、氧化铝粉末以及含硅有机物顺次加入。为了进一步确保分散充分且均匀，本发明优选在水中加入表面活性剂和氧化铝粉末后，所得悬浮液先进行粉碎，然后再加入含硅有机物，继续粉碎。
本发明所述表面活性剂为有机羧酸类、酰胺类和无机酸类中的一种，优选为酰胺类，进一步优选为聚丙烯酰胺。上述表面活性剂可以确保氧化铝粉末以及含硅有机物充分作用，使硅改性均匀，结构稳定。作为本发明的一种优选方案，所述表面活性剂的用量与所述氧化铝粉末的重量比为1～5：90～100。
本发明所述氧化铝粉末为γ-氧化铝。为了使制备得到的改性氧化铝具有较大的比表面积和孔容，本发明优选所述氧化铝粉末的比表面为100～200m2/g，孔容为0.5～1.2ml/g。体系中γ-氧化铝粉末的质量百分含量优选为10％～50％，优选为15％～40％，以确保γ-氧化铝粉末以合适的浓度悬浮于水中，以便于最终产物的形成。
本发明所述含硅有机物为本领域常见的硅有机物，优选采用正硅酸乙酯。所述含硅有机物以二氧化硅计，与所述氧化铝粉末的重量比为1：90～100。
所述湿式粉碎可采用本领域所熟知的方式，如砂磨或球磨，以确保浆料充分粉碎分散即可。本发明优选采用球磨方式。作为本发明的一种优选方案，可在频率20～50Hz条件下球磨1～20h，优选为球磨1～3h。
为了得到微米级别的改性氧化硅产品，本发明所述干燥优选采用喷雾干燥方式进行，具体可选用离心式喷雾干燥。作为本发明的一种优选方案，可控制进料温度为50～100℃，离心转速10000～15000r/min条件下进行离心喷雾干燥。
本发明所述焙烧的方式没有特别限制，可以采用马弗炉、微波、转炉等常规装置进行焙烧。其中，所述焙烧温度优选为300～800℃，更优选为400～600℃；所述焙烧的时间优选为0.5～8小时，更优选为1～5小时。
本发明同时保护采用上述方法制备得到的硅改性氧化铝。
采用上述方法制备得到的硅改性氧化铝具有高比表面积和大孔容，且具有高热稳定性，在经高热处理后仍能保持较高的比表面积和大孔容。经检测，本发明所得硅改性氧化铝的比表面积为120～180m2/g，孔容为0.6～1.2ml/g；在1100℃焙烧4h后，比表面积仍能达到为110～140m2/g，孔容为0.6～0.9ml/g。
本发明进一步保护采用上述方法制备得到的硅改性氧化铝在高温催化反应中的应用，优选在高温高湿条件下的应用。作为本发明的优选方案，所述硅改性氧化铝可应用于汽车尾气处理或催化燃烧反应。
本发明提供的方法简便易行，能够使硅改性均匀，所得硅改性氧化铝成分均一。所得硅改性氧化铝孔容和比表面积大，尤其是具有良好的热稳定性，高温焙烧后仍能保持较高的比表面积和孔容。该方法制备成的硅改性氧化铝在高温尤其是高温高湿条件下有良好的应用前景。
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1
采用如下方法制备硅改性氧化铝：在500mL搅拌釜中加入300g纯水，3g聚丙烯酰胺和100g氧化铝粉末(平均粒度43μm，比表面积120m2/g，孔容0.99mL/g)，以转速200r/min球磨处理1h，向浆料中再加入18.1g正硅酸乙酯，转速250r/min继续球磨处理30min，将得到的浆料在离心转速15000r/min条件下进行离心喷雾干燥，600℃焙烧8小时，即得到硅改性氧化铝。
实施例2
与实施例1相比，区别仅在于：所用氧化铝粉末的平均粒度50μm，比表面积150m2/g，孔容0.8mL/g；水加入量1500g，氧化铝加入量为560g，正硅酸乙酯加入量为80g，球磨转速为350r/min。
实施例3
与实施例1相比，区别仅在于：所用氧化铝粉末的平均粒度30μm，比表面积140m2/g，孔容1.1mL/g；水加入量2000g，氧化铝加入量为700g，正硅酸乙酯加入量为98g，球磨时间为1h。
对比例1
采用与实施例2相同的氧化铝粉末(平均粒度50μm，比表面积150m2/g，孔容0.8mL/g)，未进行任何改性。
实验例
按照如下方法对各实施例和对比例所得产品进行热稳定性评价：将样品放入马弗炉中空气气氛下1100℃处理4h，测试样品在处理前后的比表面，测试方法为常用的BET方法，通过比较高温老化处理前后比表面的变化来评价其热稳定性。结果如表1所示。
表1：热稳定评价结果
由以上结果可知，本发明提供的方法获得的硅改性氧化铝具有良好的热稳定型，经热处理后，仍具有较大的比表面积。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，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)

1.一种硅改性氧化铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在水中依次加入表面活性剂、γ-氧化铝粉末以及含硅有机物，湿式粉碎形成分散液，干燥，焙烧，即可；
其中，所述含硅有机物以二氧化硅计与所述γ-氧化铝粉末的重量比为1：10～50。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在水中加入表面活性剂和氧化铝粉末后，先进行湿式粉碎，再加入含硅有机物，继续进行湿式粉碎。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂为有机羧酸类、酰胺类、无机酸类中的一种，优选为酰胺类，进一步优选为聚丙烯酰胺；
所述表面活性剂的用量与所述γ-氧化铝粉末的重量比为1～5：90～100。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的方法，其特征在于，所述γ-氧化铝粉末的比表面为100～200m2/g，孔容为0.5～1.2ml/g；
优选地，粉碎前体系中γ-氧化铝粉末的质量百分含量为10％～50％，更优选为15％～40％。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的方法，其特征在于，所述含硅有机物为正硅酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湿式粉碎采用球磨方式；优选在频率20～50Hz条件下球磨1～20h。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥采用喷雾干燥；优选制进料温度为50～100℃，在离心转速10000～15000r/min条件下进行离心喷雾干燥。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焙烧温度为300～800℃，优选为400～600℃；所述焙烧的时间为0.5～8小时，优选为1～5小时。
9.权利要求1～8任意一项所述方法制备得到的硅改性氧化铝。
10.权利要求9所述硅改性氧化铝在高温催化反应中的应用，优选在汽车尾气处理或催化燃烧反应中的应用。
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