比表面積對活性氧化鋁蒽醌再生能力的影響

皮國民

(江西理工大學南昌校區,江西南昌 330013)

比表面積對活性氧化鋁蒽醌再生能力的影響

皮國民

(江西理工大學南昌校區,江西南昌 330013)

活性氧化鋁的蒽醌再生量直接影響雙氧水的生產及雙氧水的價格。通過研究發現,活性氧化鋁的比表面積對蒽醌降解物再生活性有顯著影響。比表面積小于160 m2/g,蒽醌再生量偏低,但很穩定;比表面積大于260 m2/g,活性氧化鋁主要起吸附作用,不能用于蒽醌降解物的再生;比表面積在170～190 m2/g之間,蒽醌再生量較高且穩定。

蒽醌降解物;活性氧化鋁;比表面積;蒽醌再生量

雙氧水是一種用途廣泛的基礎化工原料,可用做漂白劑、無機或有機過氧化物的原料、殺菌劑、消毒劑、防腐劑等。在雙氧水生產流程中,活性氧化鋁除吸附后處理工序的工作液中夾帶的堿液、水分、分解殘余雙氧水以外,最重要的作用是其對蒽醌降解物有很強的再生能力,可將氫化反應、氧化反應中產生的的降解物轉化成有效蒽醌,保證了總有效蒽醌量的穩定,減少了蒽醌的添加量,節約了雙氧水生產的運行成本。因此研究不同指標的活性氧化鋁對蒽醌降解物的再生活性的影響對于雙氧水的生產尤為重要。活性氧化鋁的強度、堆比重、比表面積、化學成分等指標均對活性氧化鋁的蒽醌降解物再生活性均有一定影響,而其中影響最為突出的是比表面積指標。這是因為活性氧化鋁是一種多孔性物質,其孔直徑分布大約在10?至2 000?之間,利用這些孔隙,活性氧化鋁能吸附蒽醌降解物,蒽醌降解物在活性氧化鋁合適的孔內分散成分子,從而促進蒽醌降解物再生成蒽醌,起到催化反應的作用。而與活性氧化鋁的微孔對應的主要宏觀指標之一即為比表面積。因而,研究活性氧化鋁的最佳再生性能的比表面積范圍,對于蒽醌再生用活性氧化鋁的生產、雙氧水廠家選用合適活性氧化鋁以及進一步研究蒽醌降解物再生反應的機理及再生劑的發展方向都有一定作用。

1 實驗部分

1.1 樣品制備

活性氧化鋁原粉經過成型、水化處理、活化焙燒,制備出直徑Φ3～5 mm的不同比表面積的球形活性氧化鋁樣品,比表面積采用氮吸附法檢測。

本實驗所用氧化鋁原粉粒度為12μm,氧化鋁含量為91.5%、氧化硅含量為0.01%、氧化鐵含量為0.01%、氧化鈉含量為0.38%、灼減8.1%。

所用蒽醌工作液為雙氧水生產廠家已經使用過一段時間的工作液,生產廠家原配置的蒽醌工作液中蒽醌總含量為150 g/L,部分降解后蒽醌總含量為138 g/L。工作液溶劑由75%的重芳烴、25%的磷酸三辛脂構成。

1.2 樣品處理

將制備好的不同比表面積的活性氧化鋁各20 g浸泡于50 mL蒽醌工作液中,靜置于40℃恒溫箱中,浸泡時間為24 h,每6 h搖勻。

1.3 蒽醌再生量測定

采用成都儀器廠的J P-303型極譜分析儀進行測定,所用甲醇、氯化鋰試劑均為分析純。

2 結果與討論

2.1 大比表面積活性氧化鋁的蒽醌再生效果

將比表面積為240 m2/g、260 m2/g、280 m2/g、300 m2/g左右的樣品,經過蒽醌工作液處理12 h,檢測其蒽醌再生量,結果列于表1。

表1 大比表面積樣品的蒽醌再生量

由表1可知,活性氧化鋁的比表面積越高,蒽醌再生量越低,活性越差,當比表面積達到260 m2/g以上時,蒽醌再生量為負值,這是由于蒽醌降解物沒有再生成蒽醌,而有效蒽醌反而被活性氧化鋁吸附所致。

2.2 適中比表面積活性氧化鋁的蒽醌再生效果

將比表面積為170 m2/g、190 m2/g、210 m2/g、230 m2/g左右的樣品各兩個,經過蒽醌工作液處理12 h,檢測其蒽醌再生量列于表2。

表2 適中比表面積樣品的蒽醌再生量

由表2可知,適中的比表面積有利于蒽醌降解物的再生,蒽醌再生量除8#、10#兩個樣品外,均達到5 g/L以上,最高的達到9 g/L左右,顯示活性氧化鋁的良好的再生活性。同時,表2也顯示,比表面積偏高的樣品,其蒽醌再生量波動大、不穩定。而比表面積在170～200 m2/g之間,蒽醌再生量高且穩定。

2.3 低比表面積活性氧化鋁的蒽醌再生效果

將比表面積為140 m2/g、150 m2/g、160 m2/g左右的樣品各兩個,經過蒽醌工作液處理12 h,檢測其蒽醌再生量,結果列于表3。

表3 低比表面積樣品的蒽醌再生量

由表3可知,隨著比表面積的降低,相近比表面積樣品的再生量更加穩定,而活性氧化鋁的蒽醌再生量逐步降低。

2.4 活性氧化鋁在雙氧水生產中的應用

根據上述研究成果,生產實踐中將活性氧化鋁的比表面積控制在170～200 m2/g之間,2005年底,中鋁山東分公司研究院生產了300 t產品,提供高密、焦作、青州等地用戶進行雙氧水的生產,現將產品數據及用戶反饋的再生量數據列于表4。

表4 活性氧化鋁產品在雙氧水生產中相關數據

由表4可知,一方面,活性氧化鋁產品在雙氧水的生產中,蒽醌再生量均達到5 g/L以上,達到雙氧水公司的要求,最高的達到7.7 g/L,平均再生量達到6.93 g/L,具有良好的再生性能;另一方面,實驗室的數據明顯高于用戶實際生產過程中所測數據,其原因在于,蒽醌再生量的影響因素很多,比如降解物的含量、接觸效果、再生溫度、工作液堿度等等。例如在雙氧水進行一段時間后,降解物含量在工作液中的含量提高,這時所測的蒽醌再生量甚至會達到10 g/L以上,而雙氧水生產初期,蒽醌降解物含量低,蒽醌再生量達到5 g/L以上,就說明活性氧化鋁的再生能力良好,這一點是在進行活性氧化鋁活性評價過程中要注意的事項。

3 結 語

1.活性氧化鋁的各項指標均對蒽醌再生量有一定的影響,單從比表面積來看,比表面積控制在170～190 m2/g,活性氧化鋁再生活性高、蒽醌再生量穩定,是活性氧化鋁的生產與選用最佳區間;而對于比表面積在190～230 m2/g的活性氧化鋁,如果能做到活性高、質量穩定,也是較好的產品。

2.對于比表面積高于260 m2/g以上的活性氧化鋁,其主要作用是吸附作用,不能用于雙氧水生產中的蒽醌降解物的再生,當然要是僅僅用活性氧化鋁來吸附工作液中夾帶的堿液、水分、分解殘余雙氧水,是可以用的,但是目前國內技術已經不單獨用吸附劑床層,而是吸附與再生在相同床層進行。

3.對于比表面積小于160 m2/g的活性氧化鋁,由于蒽醌再生量明顯偏低,不宜選用。

[1] 黃培財.國內外雙氧水生產及技術進展[J].廣東化工,2002, (2):2-10.

[2] 李亞東,張文兵,余光元.活性氧化鋁在雙氧水生產中的應用[J].化學推進劑與高分子材料,2003,1(5):48-49.

Effect of Specific Surface Area on the Anthraquinone Regeneration Capacity of Activated Alumina

PI Guo-min
(Nanchang Campus of Jiangxi University of Science and Technology,Nanchang330013,China)

The anthraquinone regeneration capacity of activated alumina direct impacts on the production of hydrogen peroxide and hydrogen peroxide prices.Through scientific research we found that the specific surface area of activated alumina has a significant impact on anthraquinone degradation of regenerative activity.When the specific surface area of activated alumina is less than 160 m2/g,the amount of anthraquinone regeneration is low,but stable.When it is greater than 260 m2/g,the main role of activated alumina is adsorotion effect,and can’t be used for anthraquinone regeneration of degradation products.If the surface area is between 170 m2/g to 190 m2/g,the anthraquinone regeneration capacity is high and stable.

anthraquinone degradation products;activated alumina;specific surface area;anthraquinone regeneration capacity

TF111.14

A

1003-5540(2011)06-0024-02

皮國民(1965-),男,副教授,主要從事有色金屬冶金教學與科研工作。

2011-09-10