擬薄水鋁石膠溶過程及粘結機理研究

胡海強

摘 要：采用XRD、掃描電鏡、透射電鏡等手段對碳分法制備的擬薄水鋁石膠溶過程及粘結機理進行了分析研究。結果表明：擬薄水鋁石膠溶過程為堆積的粉末顆粒與溶液中氫離子結合解離為更小顆粒的微晶擬薄水鋁石，然后在溶液中形成無法離心分離的穩定膠溶擬薄水鋁石;擬薄水鋁石的粘結機理是膠溶擬薄水鋁石在干燥和焙燒過程中發生微晶顆粒之間的羥基縮合，使其具有一定的粘結性能。

關鍵詞：擬薄水鋁石;膠溶;粘結;羥基

擬薄水鋁石是一種組成不完整、結晶度低，具有空間網狀結構[1]，既可以單獨成型作為催化劑載體，也可以作為粘結劑而廣泛應用，如擬薄水鋁石應用于催化裂化催化劑的載體，能夠同時起到活性基質和粘結劑的作用[2]。由于擬薄水鋁石對催化劑有著至關重要的影響，因此很多學者對其進行了大量的研究，李雪禮等[3]研究了不同方法制備的擬薄水鋁石膠溶性能的差異，結果表明醇鋁法較碳化法制備的擬薄水鋁石結晶度高、比表面積大、純度高，更容易膠溶，張曉琳等[4]考察了不同酸對擬薄水鋁石膠溶性能的影響，發現相同酸含量的情況下，硝酸作為膠溶劑效果最好，制備的催化劑抗壓強度最高。

1 實驗部分

樣品膠溶：稱量一定量擬薄水鋁石于燒杯中，加入適量去離子水配成10%溶液，再加入適量鹽酸，攪拌10min，4000轉/min離心30min。

分析表征：晶體結構使用Philips公司X’Pert MPD型X衍射儀分析;樣品形貌分別使用Philips公司Quanta200型掃描電鏡和Glacios Cryo-TEM型透射電鏡分析。

2 結果與討論

2.1 擬薄水鋁石膠溶過程分析

擬薄水鋁石掃描電鏡圖和膠溶擬薄水鋁石透射電鏡圖如圖1所示。由圖1可知，擬薄水鋁石樣品為粉末狀固體，由其掃描電鏡圖發現擬薄水鋁石形貌成不規則塊狀結構，由許多較小顆粒堆積而成，塊狀結構尺寸從幾微米到上百微米大小不一;通過將擬薄水鋁石與水混合，然后加入一定比例鹽酸攪拌10min形成酸化擬薄水鋁石漿液，擬薄水鋁石膠溶后透射電鏡顯示器形貌呈不規則塊狀結構，且部分分散乳狀結構且尺寸更小。

2.2 擬薄水鋁石干燥和焙燒分析

對加酸膠溶后擬薄水鋁石溶液進行離心分離，然后分別對清液和固體進行105℃烘干和600℃焙燒，再進行XRD分析，結果如圖2所示。由圖2可知，膠溶漿液離心分離會出現上層清液和下層固體，下層固體烘干得到白色粉末，該白色粉末的XRD分析仍為擬薄水鋁石相[1，5]，然后對白色粉末高溫焙燒得到的仍為松散的粉末狀顆粒，其XRD譜圖為γ-Al2O3，表明此時已轉晶為γ-Al2O3，這說明下層固體顆粒不具有成型性能，因此在催化裂化劑的生產中不具有粘結功能;上層清液烘干溶液中析出透明固體，該固體具有一定的形狀，XRD譜圖仍為擬薄水鋁石相，說明此時樣品并未發生相變，然后再對透明固體高溫焙燒得到更加堅硬的透明固體，XRD譜圖已經是γ-Al2O3相，這說明無法從溶液中離心分離的樣品干燥焙燒后具有成型性能，即該部分具有較強的粘結功能，可以在催化裂化劑生產中起到粘結作用。

2.3 擬薄水鋁石粘結機理分析

Varma等研究發現擬薄水鋁石加熱的過程中會發生三種形式的羥基縮合，無論是透明塊狀的擬薄水鋁石還是粉末狀擬薄水鋁石，在加熱過程中均會發生羥基脫水形成新的化學鍵，最終形成γ-Al2O3，而膠溶擬薄水鋁石能夠形成透明塊狀物體、具有粘結能力的原因有可能如圖3所示，由于擬薄水鋁石表面含有大量羥基，鹽酸加入后，H+與其表面羥基結合形成帶正電的粒子，正電粒子對Cl-有吸引力，同時正電粒子之間又會有相互排斥力，因此在溶液中會形成穩定的雙電層結構的膠體，然后在干燥和焙燒的過程中HCl和H2O的脫除，粒子間會發生羥基縮合形成Al-O-Al化學鍵，具有一定粘結性能，因此可以得到具有一定強度的透明固體顆粒;而未發生膠溶的擬薄水鋁石，可能是由于顆粒之間的間距比較遠，無法發生顆粒間的羥基縮合，無法將擬薄水鋁石微晶小顆粒粘結在一起，因此得到的為松散的固體粉末，不具粘結性能。

3 結論

擬薄水鋁石粉末顆粒由納米擬薄水鋁石微晶堆積而成，其膠溶過程為粉末顆粒與溶液中氫離子結合解離為更小顆粒的微晶擬薄水鋁石，然后在溶液中形成無法離心分離的穩定膠溶擬薄水鋁石;擬薄水鋁石與鹽酸反應會形成未膠溶擬薄水鋁石和膠溶擬薄水鋁石，并且高溫焙燒均會發生微晶內部的羥基縮合轉晶為γ-Al2O3，而膠溶擬薄水鋁石在干燥和焙燒過程中會發生微晶顆粒之間的羥基縮合，該部分羥基縮合是擬薄水鋁石具有粘結性能關鍵因素。

參考文獻：

[1]苗壯，史建公，郝建薇，等.擬薄水鋁石的膠溶性與結構的關系[J].石油學報，2016，32（3）：493-500.

[2]姜坤.擬薄水鋁石的結構對FCC催化劑裂解重油性能的影響[J].無機鹽工業，2017，49（7）：83-86.

[3]李雪禮，賈石河，曹庚振，等.擬薄水鋁石和擬薄水鋁石性質的差異化研究[J].石化技術與應用，2018，4（36）：242-245.

[4]張曉琳.分子篩催化劑成型條件對其抗壓強度影響的研究[J].精細石油化工進展，2012，13（7）：42-44.

[5]曾豐，楊清河，曾雙親.采用NaAlO2-CO2連續中和法制備擬薄水鋁石[J].石油學報，2015，5（31）：1069-1074.