一种棒状氧化铝载体的制备方法及氧化铝载体与流程

本发明涉及一种棒状氧化铝的制备方法。尤其是适用于烷烃脱氢催化剂的棒状氧化铝的制备方法。

背景技术：

氧化铝因其具有较高的比表面积、适宜的酸性以及良好的热稳定性等特点，被广泛用作催化剂载体。

氧化铝的宏观表现虽然都是粉末状，但是其微观形貌千差万别，已知的有球状、纤维状、棒状、花状、片状等，在工业应用过程中，宏观形状为粉末状的氧化铝需要经过成型过程，以满足实际应用对催化剂各方面的要求。

在成型过程中，氧化铝因其微观形貌的不同，其基本结构单元间的团聚或搭接方式而有差异。如果氧化铝的微观形貌为球状，则细小的球状氧化铝颗粒表面能很大，容易由于弱的相互作用结合在一起，球状颗粒相互堆积易形成外貌规则的团聚体；而长度和粗细不一的棒状氧化铝颗粒，在相互搭接时容易出现较大的空隙率，较难形成硬团聚。

张庆武等在《影响dz-1加氢催化剂载体强度因素的探讨》(大庆高等专科学校学报，第20卷第4期，2000年10月)一文中对催化剂载体成型中各因素对γ-氧化铝载体强度的影响进行了研究，其研究了载体形状、水粉比、胶溶剂、助挤剂对dz-1加氢催化剂载体强度的影响；梁维军在《渣油加氢脱硫催化剂载体堆积密度的精确控制》一文中探讨了酸粉比、水粉比、混捏时间等因素对渣油加氢脱硫催化剂载体堆积密度的影响，该文出于保密考虑，没有公开具体的参数，而是用a、t等代替。

目前尚未有现有技术公开微观形貌为棒状的氧化铝载体的制备方法，特别是适用于烷烃脱氢催化剂的棒状氧化铝的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种微观形貌为棒状的氧化铝载体的制备方法。

本发明的发明人经过长期研究和大量实验，发明了一种适宜的微观形貌为棒状的氧化铝的制备方法，通过控制胶溶剂的种类和用量、混捏时间的长短以及干燥和焙烧条件，可以改善棒状基本结构单元间的相互搭接情况，增加颗粒间键合数的同时也适当减小结构单元间的空隙率，使棒状氧化铝粉末在成型后形成牢固的硬团聚体，使其既具有较为牢固的骨架结构，又能在孔道内均匀分布活性组分，即表现出较高的机械强度和适宜的吸水率等综合性能。

为此，本发明提供一种棒状氧化铝载体的制备方法，其包括如下步骤：

(1)棒状氧化铝粉末与助挤剂混合均匀；

(2)胶溶剂和水混合均匀，喷洒到步骤(1)得到的混合物料上，并混捏一定时间；

(3)将步骤(2)所得物料成型，经干燥、焙烧制得最终氧化铝载体。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(1)中所述的棒状氧化铝粉末，其比表面积为210～420m²/g，孔容为0.4～1.0ml/g，优选最可几孔径为3.87nm；其中，优选该纳米棒的长径比为10～17；更优选的是，该纳米棒基本结构单元是直径为300～1200nm、直长度为6～14μm的纳米棒。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(1)中所述的棒状氧化铝粉末的制备方法为：将计量的硝酸铝水合物和碳酸氢铵或尿素等溶解在一定量的水或乙二醇的单一液体或二者的混合溶液中，其中碳酸氢氨或尿素与硝酸铝水合物的重量比为0.7～1.0，反应温度为100～250℃，搅拌(优选在密闭反应釜中，均匀搅拌，搅拌桨转速为70～150rpm，反应24～36h搅拌)制得氧化铝前驱体，该前驱体经洗涤、干燥、粉碎、过筛得前驱体粉末，前驱体粉末在550～850℃(优选焙烧1～4h)，得到棒状氧化铝粉末。

优选地根据上述方法，其中，步骤(1)中所述的助挤剂为干淀粉、聚乙烯醇、甲基纤维素、田菁粉中的一种或几种，优选地加入量为棒状氧化铝粉末重量的5wt％～10wt％。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(2)中所述的胶溶剂可以为有机酸或无机酸或二者的混合物。

优选地，根据上述方法，其中，有机酸是甲酸、乙酸和柠檬酸中的一种或多种。

优选地，根据上述方法，其中，无机酸是硝酸、盐酸和磷酸中的一种或多种。

优选地，根据上述方法，其中，在步骤(2)中，胶溶剂和水的加入量与棒状氧化铝前驱体的焙烧温度有关，当前驱体在550-650℃焙烧时，胶溶剂和水的加入量与步骤(1)得到的混合物料的质量比(以下用酸粉比和水粉比表示)分别为0.14～0.19和1.10～1.20，当前驱体在750-850℃焙烧时，酸粉比和水粉比分别为0.04～0.08和0.45～0.67。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(2)中所述的混捏时间是10-120min，优选为10～90min，更优选为30～60min。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(3)中所述的成型可以是挤条、喷雾、滚球或压片，优选通过挤条的方式进行成型。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(3)制备的成型物的形状是球形、条形、三叶草形、蜂窝形或环形。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(3)中所述的干燥为逐步升温干燥。

优选地，根据上述方法，其中，逐步升温干燥为两阶段干燥，第一阶段干燥温度为25～40℃，优选25～30℃，干燥时间为12～20h；第二阶段干燥温度为40～60℃，优选45～55℃，干燥时间为5～10h。

优选地，根据上述方法，其中，步骤(3)中所述的焙烧条件为：焙烧温度为550～800℃，焙烧时间为1～10h，优选为2～4h。

用本发明的方法制备的棒状氧化铝成型后载体，其比表面积为130～210m²/g，径向抗压强度为120～290n/cm，吸水率为40％～69％。

用本发明的方法制备的氧化铝载体既具有较为牢固的骨架结构，又能在孔道内均匀分布活性组分，即，表现出较高的机械强度和适宜的吸水率等综合性能，特别适合用作烷烃脱氢催化剂的载体。

附图说明

图1是实施例1的棒状氧化铝al2o3-600的sem图。

具体实施方式

本发明中，所述的氧化铝载体的吸水率，是指干燥的成型载体用过量去离子水浸泡60min前后的重量变化值与所述干燥的成型载体的重量的比值。具体测试方法为：将待测成型载体，在120℃干燥4h，称取2～3g干燥后成型载体作为待测样品(记为m1)，用30ml去离子水浸泡60min，将固相过滤沥干，用滤纸粘取样品表面多余水分，称量固体样品的重量(记为m2)，用以下公式计算吸水率：

本发明中，所述的机械强度，是指氧化铝条形成型物的径向抗压强度。所述的径向抗压强度数值均为抽样检测后经计算得出的算术平均值。所述的标准偏差为经计算得出的样本标准偏差。所述的强度变异系数为上述标准偏差与平均径向抗压强度的比值。强度变异系数越小，说明样品强度越均匀。

本发明中，所述负载型催化剂是具有烷烃脱氢催化作用的催化剂。即，本发明的氧化铝成型物适于作为具有烷烃脱氢催化作用的催化剂的载体。

本发明方法中，氧化铝成型物用作具有脱氢催化作用的催化剂的载体时，可以采用本领域常用的各种负载方法(例如：浸渍、浸泡)将具有脱氢催化作用的活性组分负载在本发明中的氧化铝载体上。本发明对于所述浸渍的时间和浸渍的次数没有特别限定，只要能够确保最终得到的催化剂上的具有催化作用的活性成分的量满足具体的使用要求即可。例如：可以通过用含有一定量的所述活性组分的水溶液浸渍本发明的氧化铝载体，然后将负载有所述活性组分的氧化铝载体进行干燥和焙烧，从而得到具有脱氢催化作用的催化剂。

以下通过一些具体实施例和对比例对本发明做出详细表述，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例中所用试剂，除特别说明的以外，均为化学纯试剂。

实施例1

制备棒状氧化铝

量取8400ml去离子水和1400ml乙二醇倒入20l反应釜中，再依次称取2918.0g九水硝酸铝和2336.0g尿素完全溶解于上述的水和乙二醇的混合溶液中，密封反应釜，设置搅拌桨转速为100rpm，反应温度100℃，反应时间36h，反应结束后得到氧化铝前驱体，用去离子水抽滤洗涤三次，无水乙醇洗1次，放入烘箱80℃干燥24h，再经马弗炉焙烧2h，得到最终的棒状氧化铝。其中前驱体的焙烧温度及所得棒状氧化铝的织构参数在表1中给出。

表1前驱体焙烧温度和棒状氧化铝粉末的结构参数

在以下实施例中，所述“al2o3-x00”代表上述实施例中在x00℃下制备的棒状氧化铝，如x＝6时，代表600℃下制备的al2o3载体。

即，所述棒状氧化铝粉末的比表面积处于290-390m²/g范围内，孔容处于0.20-0.50cm³g^-1范围内。该棒状氧化铝通过型号为日立su8220(生产厂家：生产厂家为日本株式会社日立高新技术那珂事)放大倍数为4.50k倍的扫描电镜观察结果如图1所示，其呈纳米棒状，该纳米棒基本结构单元是直径为300～1200nm、直长度为6～14μm的纳米棒；长径比为10～17。

实施例2

称取制备的al2o3-600棒状氧化铝粉末80.0g，与5.6g田菁粉混合，搅拌均匀(在密闭反应釜中，搅拌桨转速为70rpm，反应24h搅拌)，再将氧化铝与田菁粉的混合物料放入捏合机中混合10min；称取浓硝酸(浓度为68wt％)15.4g(这里需要说明的是，本发明中浓硝酸浓度处于65-68质量％范围的浓硝酸均可以用于本发明中)，溶于100g去离子水中配置成稀硝酸溶液，即酸粉比为0.18，水粉比为1.17，均匀喷洒至捏合机中的混合粉料中；将上述混合物料混捏均匀，60min后取出，放入双螺杆挤条机并用φ3.5mm的圆柱形孔板挤出成型，得到湿条；将得到的湿条置于烘箱中，于25℃干燥12h，再于50℃干燥10h，得到干燥的成型物；将干燥好的成型物置于马弗炉中，在800℃下焙烧2小时，制得本发明氧化铝载体，记为a1。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例3

采用与实施例2相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，使用5.6g田菁粉与淀粉的混合助挤剂，加入14.6g浓硝酸，即酸粉比为0.17，干燥好的成型物在700℃下焙烧4小时从而得到成型物，记为a2。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例4

采用与实施例2相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，使用16.3g浓硝酸，即酸粉比为0.19，干燥后的成型物在600℃下焙烧3小时，从而得到成型物，记为a3。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例5

采用与实施例2相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，使用102.7g去离子水，即水粉比为1.20，混捏时间30min，从而得到成型物，记为a4。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例6

采用与实施例2相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，将12.0g的浓硝酸溶于94.2g的去离子水中，即酸粉比为0.14，水粉比为1.10，混捏时间40min，并使用φ4.0mm的圆柱形孔板挤出，从而得到成型物，记为a5。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例7

称取制备的al2o3-800棒状氧化铝粉末80.0g，与5.6g田菁粉混合，搅拌5min，使其混合均匀，再将氧化铝与田菁粉的混合物料转入捏合机中混合10min；称取5.0g的浓硝酸溶于45.2g的去离子水中，即酸粉比为0.06，水粉比为0.53，均匀喷洒至捏合机中的混合粉料中；将上述混合物料混捏均匀，50min后取出，放入双螺杆挤条机并用φ4.0mm的圆柱形孔板挤出成型，得到湿条；将得到的湿条置于烘箱中，于30℃干燥18h，再于50℃干燥5h，得到干燥的成型物；将干燥好的成型物置于马弗炉中，在800℃下焙烧2小时，制得本发明氧化铝载体，记为a6。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例8

采用与实施例7相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，将4.7g的浓硝酸溶于42.3g的去离子水中，即酸粉比为0.05，水粉比为0.49，混捏时间30min，从而得到成型物，记为a7。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

实施例9

采用与实施例7相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，将5.7g的浓硝酸溶于51.3g的去离子水中，即酸粉比为0.07，水粉比为0.60，混捏时间40min，从而得到成型物，记为a8。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

对比例1

采用与实施例2相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，混捏时间为0min，即喷入胶溶剂后不经混捏，立即取出并放入双螺杆挤条机进行挤出成型，从而得到氧化铝成型物，记为b1。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

对比例2

采用与实施例7相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，将9.0g的浓硝酸溶于50.0g的去离子水中，即酸粉比为0.11，水粉比为0.58，混捏时间20min，使用φ4.0mm圆柱形孔板挤出，从而得到成型物，记为b2。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

对比例3

采用与实施例7相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，将5.4g的浓硝酸溶于64.2g的去离子水中，即酸粉比为0.06，水粉比为0.75，从而得到成型物，记为b3。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

对比例4

采用与实施例6相同的方法制备氧化铝成型物，不同的是，成型物干燥温度为100℃，干燥时间为12h，从而得到成型物，记为b4。测定得到的成型物的径向抗压强度、吸水率、标准偏差和强度变异系数，结果在表2中列出。

表2氧化铝载体性质

从表2可以看出：对比例1中物料未经捏合直接挤条，导致氧化铝载体机械强度过低，不能达到工业要求；对比例2中的酸粉比过高，而对比例3中的水粉比过高，导致得到的棒状氧化铝载体不能兼得高强度与吸水率；对比例4没有采用本发明的逐步升温干燥法，而是直接在100℃下干燥，造成氧化铝载体在焙烧后粉碎。

表2的结果表明，采用本发明方法成型的棒状氧化铝载体，具有较高的机械强度的同时也具有足够的吸水率，并且本发明中棒状氧化铝载体的机械强度比较均匀，特别适合用作烷烃脱氢催化剂的载体。