一种提高活性氧化铝球强度的方法与流程

本发明属于活性氧化铝球，具体涉及一种提高活性氧化铝球强度的方法。

背景技术：

1、活性氧化铝，又名活性矾土，英文名称为activated alumina，是一种多孔性、高分散度的固体材料。它的主要成分是氧化铝（al2o3），具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，这使得它在石油化工、精细化工、生物以及制药等领域有着广泛的应用。例如，在石油化工中，它可用作催化剂和催化剂载体；在制药工业中，它可用于净化空气和去除药品中的杂质；在环保领域，它则可用于污水处理和空气净化等。

2、活性氧化铝的强度是其物理性能中的重要指标之一，通常通过多个参数来衡量，如颗粒强度（n/颗）、径向抗压强度（n/cm）等。这些参数反映了活性氧化铝颗粒在受到外力作用时抵抗破坏的能力。在实际应用中，活性氧化铝的强度对于其作为催化剂载体、吸附剂等功能性材料的性能至关重要。高强度的活性氧化铝能够更好地抵抗操作过程中的磨损和破碎，延长使用寿命，同时保持其多孔性和高比表面积，从而保持优异的催化活性和吸附性能。提高活性氧化铝的强度可以通过多种方法实现，如优化生产工艺、调整原料配比、改进成型技术等。例如，在制备过程中，通过控制生球的堆比重、养护条件等，可以显著提高活性氧化铝球的强度。此外，添加适量的增强剂或采用特殊的处理工艺也可以进一步提高其强度。cn113461408a中发明通过喷洒拟薄水铝石溶胶提高了拟薄水铝石之间的粘结强度，使得得到的球体更加致密，改善了拟薄水铝石粉的脱落情况。同时，通过空气压力对活性氧化铝球进行加压处理，使得获得的活性氧化铝球的强度较普通市场上的氧化铝球的强度提升了24-35％，改善了活性氧化铝球强度不足的缺点，但是通过氢氧化铝粉末、粘接剂、碳酸氢盐、拟薄水铝石、纤维素成型剂和水混合制成直径为1-3mm的活性氧化铝球通过粘结剂来提高强度的方法，在一些对强度要求高的领域还是不能够更好的满足要求。

3、因此，亟需一种提高活性氧化铝球强度的方法来更好地提高活性氧化铝的强度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种提高活性氧化铝球强度的方法。该方法不但能够提高活性氧化铝的强度，而且还能提高活性氧化铝的耐磨性和吸附性。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供了一种提高活性氧化铝球强度的方法，该方法包括以下步骤：

4、（1）将快脱粉、有机胺、磷酸铝、造孔剂和水进行混合后进行晶化处理，晶化处理后过滤、固体洗涤至滤液呈中性得到固相晶化产物；

5、（2）向固相晶化产物中加入粘结剂、改性氧化铝纤维、成型剂和水混合，之后在滚动成球机中制备得到活性氧化铝球前体；

6、（3）将活性氧化铝球前体进行焙烧，即得;

7、所述造孔剂选自有机造孔剂和无机造孔剂；所述焙烧分为第一焙烧结束后进行第二焙烧，第一焙烧在空气气氛下进行，第二焙烧在hf气氛下进行。

8、现有工艺为了增加活性氧化铝的强度，常在粘结剂的作用下，使用快脱粉与其他粉料（例如分子筛）等在直接混合制成球，之后高温焙烧得到活性氧化铝，但是该方法对活性氧化铝的强度增加有限，本技术使用快脱粉、磷酸铝与硅溶胶直接原位晶化形成氧化铝，之后与其他助剂混合制成活性氧化铝球前体之后再对活性氧化铝球前体进行焙烧相较于现有工艺能够更好地提高活性氧化铝球的强度，推测其原因有：磷酸铝原位晶化、快脱粉能够参与到晶化之中，之后进行煅烧形成的氧化铝组分能够更好地与快脱粉粘接，进而能够更好地提高活性氧化铝球的强度，另一方面本发明研究发现如果将磷酸铝替换为拟薄水铝石，对活性氧化铝强度的提升并不如添加磷酸铝，可能是因为磷酸在晶化、焙烧过程中能降低了氧化铝的初始晶粒大小，进而提高了其稳定性。

9、快脱粉是一种由‌氢氧化铝经悬浮焙烧快速脱水并急冷制得的氧化铝粉，快脱粉因其高比表面积（一般在240平方米/克以上）而具有较强的活性和吸水性能，进一步地，所述快脱粉的平均粒度为3-5微米。

10、本发明中的快脱粉可通过市售得到，优选购自淄博盈合化工有限公司。

11、进一步地，所述有机胺选自二乙胺、乙二胺、三乙胺、四甲基氢氧化胺和四乙基氢氧化铵中的至少一种，优选为四甲基氢氧化胺。

12、本发明研究发现，本发明中使用有机胺与造孔剂对活性氧化铝的孔结构进行控制，进一步地，所述有机造孔剂与无机造孔剂的重量比为1：（1-5），例如为1：1、1：2、1：2.5、1：3、1：4、1：5，优选为1：（2.5-3）。

13、本发明中使用有机造孔剂与无机造孔剂共同作用能够更好地平衡活性氧化铝球的强度与吸附性能，在实验中发现单独使用有机造孔剂比单独使用无机造孔剂得到的活性氧化铝的吸附性能好，但是活性氧化铝的强度并不佳，而添加特定含量的无机造孔剂与有机造孔剂共同作用，不但能够更好地增加活性氧化铝的吸附性，而且还能降低对活性氧化铝球强度的影响，可能是因为在焙烧过程中，有机造孔剂在高温下分解使得活性氧化铝形成特定的孔道，单独的有机造孔剂可能使活性氧化铝表面形成裂纹，特定量的无机造孔剂的加入能够与有机造孔剂协同发挥造孔的作用能够阻止表面裂纹的发生。

14、进一步地，所述无机造孔剂选自煤粉、碳粉和氮化硅中的至少一种，优选为氮化硅。采用前述优选的实施方式能够更好地增加活性氧化铝的吸附性、强度和耐磨性。

15、进一步地，所述氮化硅的平均目数为200-500目，优选为300目。

16、本发明中的氮化硅可通过市售得到，优选所述氮化硅购自清河县超泰金属材料有限公司，其平均目数为300目。

17、进一步地，所述有机造孔剂选自微晶纤维素、羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种，优选为羟丙基甲基纤维素。

18、进一步地，所述羟丙基甲基纤维素在25℃的水溶粘度为10万-30万 mpa.s，优选为20万 mpa.s。

19、本发明中的羟丙基甲基纤维素可通过市售得到，优选购自晋州新诚纤维素有限公司。

20、进一步地，步骤（1）中，所述快脱粉与磷酸铝的重量比为1：（0.5-1），例如为1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9、1：1，优选为1：（0.6-0.7）。

21、进一步地，步骤（1）中，所述磷酸铝与有机胺的重量比为1：（0.2-0.6），例如为1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6，优选为1：（0.3-0.4）。

22、进一步地，步骤（1）中，所述磷酸铝与造孔剂的重量比为1：（0.2-0.6），例如为1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5、1：0.6，优选为1：（0.3-0.4）。

23、进一步地，步骤（1）中，所述快脱粉与水重量比为1：（30-100），例如为，例如为1：30、1：40、1：50、1：60、1：70、1：80、1：90、1：100，优选为1：（50-60）。

24、进一步地，所述晶化处理的条件包括：温度为80-160℃，时间为8-28h，优选温度为110-120℃，时间为10-14h。

25、本领域技术人员可以理解的是晶化处理在密闭的反应釜中进行。

26、进一步地，所述粘结剂选自碳酸氢铵水溶液、碳酸钠水溶液、盐酸水溶液、硝酸水溶液和硫酸水溶液中的至少一种，优选为碳酸氢铵水溶液。

27、进一步地，所述粘结剂中溶质的质量分数为0.1-2%，优选为0.5-1%。

28、进一步地，所述改性氧化铝纤维的制备方法包括：所述改性氧化铝纤维的制备方法包括：在氮气和hf气体的混合气体中，将氧化铝纤维进行煅烧得到所述改性氧化铝纤维。

29、进一步地，在制备改性氧化铝纤维时，所述氧化铝纤维的平均目数为1000-3000目，优选为2000目。

30、本发明中的氧化铝纤维可通过市售得到，例如购自清河县超泰金属材料有限公司，其均目数为2000目。

31、进一步地，在制备改性氧化铝纤维时，所述硝酸水溶液的浓度为3-4mol/l。

32、进一步地，在制备改性氧化铝纤维时，所述混合气体中，hf气体的体积含量为5-10%。

33、进一步地，在制备改性氧化铝纤维时，混合气体的气时空速为400-500h-1，温度为400-500℃，时间为1-2h。

34、本领域技术人员可以知晓的是，在制备改性氧化铝纤维时可在本领域常规的固定床反应器中进行，本发明在此不多加赘述。

35、在研究过程中，发现虽然本发明中通过原位引入磷酸铝形成特定的氧化铝能够更好地增加活性氧化铝的强度，但是最终活性氧化铝的耐磨性明显降低，本发明中在研究中意外发现，使用本发明中的改性氧化铝纤维可以在一定程度上增加最终活性氧化铝的耐磨性能和强度，可能是因为经硝酸处理过的氧化铝纤维具有更稳定的孔壁和端部，在活性氧化铝受到外部摩擦时，存在于活性氧化铝体系使得活性氧化铝在摩擦过程中一方面能够起到润滑作用，能够减少磨损量，增强磨损稳定性，另一方面外部摩擦力转移到改性氧化铝纤维上，而改性氧化铝纤维具有更稳定的孔壁和端部，具有更好的抗摩擦力，最终提高活性氧化铝的耐磨性和强度。

36、所述成型剂选自田菁粉和/或高岭土，优选为田菁粉。

37、进一步地，步骤（2）中，所述固相晶化产物与粘结剂的重量比为1：（15-30），例如为1：15、1：18、1：20、1：25、1：28、1：30，优选为1：（20-25）。

38、进一步地，步骤（2）中，所述固相晶化产物与改性氧化铝纤维的重量比为1：（0.1-0.5），例如为1：0.1、1：0.2、1：0.3、1：0.4、1：0.5，优选为1：（0.2-0.3）。

39、进一步地，步骤（2）中，所述固相晶化产物与成型剂的重量比为1：（0.02-0.05），例如为1：0.02、1：0.03、1：0.04、1：0.05，优选为1：（0.03-0.04）。

40、进一步地，步骤（2）中，所述固相晶化产物与水的重量比为1：（0.05-0.08），例如为1：0.05、1：0.06、1：0.07、1：0.08，优选为1：（0.06-0.07）。

41、进一步地，步骤（2）中的混合的条件包括：搅拌速度为800-1200r/min，时间为5-10min。

42、进一步地，步骤（2），所述活性氧化铝球前体的粒径为3-5mm。

43、本发明中采用第一焙烧在空气气氛下进行，第二焙烧在hf气氛下进行能够更好地增加活性氧化铝球的吸附性。

44、进一步地，所述第一焙烧的条件包括：在空气气氛下以600-800℃焙烧2-4h。

45、进一步地，所述第二焙烧的条件包括：在hf气氛下进以400-500℃焙烧1-2h。

46、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

47、本发明中的方法不但使得活性氧化铝在强度上得到了显著提升，而且其耐磨性和吸附性也能够得到显著的提升，最终得到的活性氧化铝能够满足更高层次的应用需求，推测这是因为本发明本发中磷酸铝原位晶化、快脱粉能够参与到晶化之中使得体系中各个组分能够更稳定地结合，同时改性氧化铝纤维和造孔剂等组分以及特定的焙烧条件使得活性氧化铝在强度、耐磨性和吸附性得到显著提升。