高抗磨损性氧化铝载体及其制备方法技术

技术编号:18617053 阅读:166 留言:0更新日期:2018-08-07 20:12
本发明专利技术公开了一种高抗磨损性氧化铝载体及其制备方法,该氧化铝载体以氧化铝纤维增韧的氧化铝为基体,并用改性元素Si对基体表面进行改性;其方法主要是将γ‑氧化铝纤维增韧的氧化铝加入到浸渍溶液中,然后进行干燥焙烧得到所述载体。本发明专利技术制备的改性氧化铝载体的体相中含有γ‑氧化铝纤维,其作为结构增强剂大幅度提高了载体的体相断裂强度,同时硅通过Al‑O‑Si化学键连在氧化铝的表面,降低了载体表面磨损,两者相互作用,从提高载体体相强度和表面强度两个方面对氧化铝载体进行改性,发挥了体相和表面协同作用,大大提高了载体的抗磨损性。

High wear resistance alumina carrier and its preparation method

The invention discloses a high anti wear alumina carrier and its preparation method. The alumina carrier is based on alumina toughened by alumina fiber and modifier with modified element Si. The method is mainly to add alumina toughened alumina fiber into the impregnated solution and then dry and roast. The carrier is burned. The body phase of the modified alumina carrier prepared by the invention contains gamma ray alumina fiber, which greatly improves the bulk phase breaking strength of the carrier as a structural enhancer. At the same time, silicon is connected to the surface of alumina through the Al O Si chemical bond, which reduces the surface wear of the carrier, interacts with the two, and increases the phase strength and the table of the carrier body. The surface strength of alumina carriers was modified from two aspects, which played a synergistic role between bulk phase and surface, and greatly improved the wear resistance of the carriers.

【技术实现步骤摘要】
高抗磨损性氧化铝载体及其制备方法
本专利技术涉及催化剂载体成型和表面改性的
,具体地指一种高抗磨损性氧化铝载体及其制备方法。
技术介绍
催化剂主要由活性金属和载体组成,其强度和抗磨损性能主要取决于载体。氧化铝具有优良的比表面积,适宜的孔结构,丰富的酸性中心和碱性中心,价格便宜,是广泛使用的催化剂载体之一。研究表明,以氧化铝载体制备的催化剂在浆态床反应器和流化床反应器中进行诸如费托合成反应这类多相反应中,在受到剧烈碰撞和搅拌摩擦时会发生明显的磨损,导致催化剂的流失和细粉的产生,提高了成本。因此,氧化铝载体的抗磨损性能有待提高。为了提高氧化铝的抗磨损性能,利用硅对其进行表面改性是常用的方法。现有技术公开了一种制备改性催化剂载体的方法,将正硅酸乙酯加入水和有机溶剂的混合物中,采用过量浸渍的方法将其浸渍于氧化铝载体上,经过减压干燥和煅烧得到硅改性的氧化铝载体。该改性方法使氧化铝载体的D10磨损指数由7.5最低降至2.7,但该改性工艺的Si的利用率平均为80%左右,利用率较低,造成了原料的浪费,同时过量浸渍和减压干燥的工艺对设备要求较高,增加了改性成本。针对上述传统硅改性工艺中Si利用率低的问题,对改性工艺进行了改进;该改性方法使氧化铝载体的空气喷射磨损(ASTMD5757-00)由7.2%降至4.3%,同时Si的利用率能超过90wt%。但该改性工艺涉及5次浸渍和多次水处理,程序复杂,同时改性过程中涉及到真空干燥和750~950℃的高温煅烧,对设备的要求较高,限制了该工艺的应用。上述的改性方法都是在氧化铝载体成型后进行表面Si改性,达到减小催化剂的表面磨损的目的,这些方法不仅工艺复杂,设备要求高,而且催化剂的磨损机制主要分为表面磨损和体相断裂,而催化剂在浆态床或流化床反应器中的磨损是表面磨损与体相断裂同时存在,尤其随着时间的推移,体相断裂的情况越明显,只减小催化剂的表面磨损在提高氧化铝的抗磨损性能上作用有限。因此,要提高氧化铝载体的抗磨损性能,不仅需要对氧化铝进行表面改性,同时需要研究合适的载体制备方法,提高氧化铝的体相强度,减小载体在反应过程中发生体相断裂的几率,这样才能大幅提升氧化铝载体抗磨损性能。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷,提供了一种高抗磨损性氧化铝载体及其制备方法,该氧化铝载体适用于流化床或浆态床反应器。本专利技术从提高催化剂载体表面强度和体相强度两个方面出发,在氧化铝载体体相中引入γ-氧化铝纤维,同时对氧化铝载体表面进行硅改性,发挥了二者的协同作用,大幅提升了氧化铝载体的抗磨损性能。为实现上述目的,本专利技术提供一种高抗磨损性氧化铝载体,所述氧化铝载体包括作为基体的纤维增韧的氧化铝和作为改性元素负载在基体表面上的硅元素,所述硅的负载量为基体质量的1~10wt%;其中,所述基体的原料按重量百分数计由10~30%的异丙醇铝、0.3~1%的硝酸、1~20%的氧化铝纤维和50~75%的水组成。进一步地,所述硅的负载量为基体质量的1~5wt%。再进一步地,所述基体的原料按重量百分数计由15~25%的异丙醇铝、0.5~0.8%的硝酸、10~20%的氧化铝纤维和55~65%的水组成。再进一步地,所述氧化铝纤维为纳米级的γ-氧化铝纤维,其长度为10~200μm,直径为5~50μm,比表面为100~300m2/g,孔容为0.01~0.2cm3/g;所述水为去离子水,所述硝酸的质量分数为65~68wt%。本专利技术还提供一种上述高抗磨损性氧化铝载体的制备方法,包括以下步骤:1)按所述重量百分数计称取异丙醇铝、硝酸、氧化铝纤维和水,备用;2)将异丙醇铝与水在温度为60~100℃条件下水解反应1~5h,然后加入硝酸进行胶溶,制备得到铝溶胶;3)将上述称取的氧化铝纤维加入铝溶胶中形成浆料,球磨使浆料均化形成悬浮液;4)将悬浮液通过喷雾干燥成型,然后在温度为300~900℃焙烧2~10h,制得氧化铝纤维增韧的氧化铝,即为基体;5)按体积比1∶3~4∶2~9的比例量取正硅酸乙酯、水和有机溶液;6)将水和有机溶液混合均匀,得到混合液,并将混合液的温度降至-5~5℃,在搅拌过程中再向混合液中加入硝酸,调节pH值至0.1~5,然后向混合液中加入正硅酸乙酯,在温度为-5~5℃条件下进行水解反应0.5~5h,形成浸渍溶液;7)将基体投入到浸渍溶液中进行过量浸渍或等体积浸渍1~10h,得到预载体溶液;其中,过量浸渍过程中,浸渍溶液的用量是载体孔体积的1~5倍;8)将预载体溶液过滤,在温度为50~150℃条件下干燥1~6h,再将干燥后的载体置于400~800℃条件下煅烧1~10h,得到硅改性的氧化铝纤维增韧的氧化铝载体,即为高抗磨损性氧化铝载体,该氧化铝载体中硅的负载量为氧化铝载体总量的1~10wt%。进一步地,所述步骤2)中,水解温度为75~95℃;水解时间为1~3h。再进一步地,所述步骤4)中,焙烧温度为400~700℃;焙烧时间为3~6h;再进一步地,所述步骤6)中,水解温度为-3~3℃;pH范围为1~3;水解时间为1~3h;再进一步地,所述步骤7)中,浸渍方法为过量浸渍,浸渍溶液的用量是载体孔体积的2~4倍;浸渍时间为1~5h。再进一步地,所述步骤8)中,干燥温度为80~120℃;干燥时间为2~5h;煅烧温度为500~700℃;煅烧时间为3~8h。本专利技术的硅改性的γ-氧化铝纤维增韧的氧化铝载体的制备方法中各步骤的反应原理和制备工艺参数控制原理如下:步骤2)中异丙醇铝在常温下与水反应成的无定形态的、单羟基的Al-OH,而该结构容易转变成三羟基的拜耳石相Al(OH)3,难溶于水中,形成沉淀。将异丙醇铝与水在温度为60~100℃(优选75~95℃)的条件下,加入硝酸进行胶溶,可以保证异丙醇铝水解成具有稳定的多晶态结构AlOOH,溶于水中,形成澄清透明的铝溶胶;步骤3)中铝溶胶添加1~20%的氧化铝纤维既保证了氧化铝载体有适宜的孔径、孔容和比表面积,又使氧化铝纤维作为结构增强剂存在于氧化铝载体中;球磨可以使氧化铝纤维均匀的分散在氧化铝载体中,避免团聚;步骤4)中喷雾干燥成型后的载体选择温度为300~900℃(优选400~700℃)煅烧,有利于获得纯γ相的氧化铝。步骤6)中由于正硅酸乙酯与水互不相容,而酸性条件有利于发生水解反应,通过实验得到的结果如表1所示。通过实验结果可以得到,水解pH范围为1~3;水解时间为1~3h。表1不同pH值下水解时间及水解现象对比正硅酸乙酯水解成的单硅酸极易发生缩聚反应形成高分子量聚合物,高分子量聚合物会在干燥和煅烧过程中蒸发或者损失掉,导致Si利用率不高。当正硅酸乙酯水解产物完全为单硅酸时,Si的利用率将大大提高,温度越低,缩合速率越慢,选取水解温度-3~3℃;步骤7)、8)采用有机溶剂和过量浸渍法将水解后的单硅酸负载在氧化铝载体上,保证单硅酸均匀分布在氧化铝载体表面,增加了Si的分散度。本专利技术的有益效果在于:1)本专利技术制备的改性氧化铝载体的体相中含有γ-氧化铝纤维,其作为结构增强剂大幅度提高了载体的体相断裂强度,同时硅通过Al-O-Si化学键连在氧化铝的表面,降低了载体表面磨损,两者相互作用,从提高载体体相强度和表面强度两个方面对氧化铝载体进行改性,发挥了体相和表面协同作用,大大提高了载体的抗磨损性本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种高抗磨损性氧化铝载体,其特征在于:所述氧化铝载体包括作为基体的纤维增韧的氧化铝和作为改性元素负载在基体表面上的硅元素,所述硅的负载量为基体质量的1~10wt%;其中,所述基体的原料按重量百分数计由10~30%的异丙醇铝、0.3~1%的硝酸、1~20%的氧化铝纤维和50~75%的水组成。

【技术特征摘要】
1.一种高抗磨损性氧化铝载体,其特征在于:所述氧化铝载体包括作为基体的纤维增韧的氧化铝和作为改性元素负载在基体表面上的硅元素,所述硅的负载量为基体质量的1~10wt%;其中,所述基体的原料按重量百分数计由10~30%的异丙醇铝、0.3~1%的硝酸、1~20%的氧化铝纤维和50~75%的水组成。2.根据权利要求1所述高抗磨损性氧化铝载体,其特征在于:所述硅的负载量为基体质量的1~5wt%。3.根据权利要求2所述高抗磨损性氧化铝载体,其特征在于:所述基体的原料按重量百分数计由15~25%的异丙醇铝、0.5~0.8%的硝酸、10~20%的氧化铝纤维和55~65%的水组成。4.根据权利要求1所述高抗磨损性氧化铝载体,其特征在于:所述氧化铝纤维为纳米级的γ-氧化铝纤维,其长度为10~200μm,直径为5~50μm,比表面为100~300m2/g,孔容为0.01~0.2cm3/g;所述水为去离子水,所述硝酸的质量分数为65~68wt%。5.一种权利要求1所述高抗磨损性氧化铝载体的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:1)按所述重量百分数计称取异丙醇铝、硝酸、氧化铝纤维和水,备用;2)将异丙醇铝与水在温度为60~100℃条件下水解反应1~5h,然后加入硝酸进行胶溶,制备得到铝溶胶;3)将上述称取的氧化铝纤维加入铝溶胶中形成浆料,球磨使浆料均化形成悬浮液;4)将悬浮液通过喷雾干燥成型,然后在温度为300~900℃焙烧2~10h,制得氧化铝纤维增韧的氧化铝,即为基体;5)按体积比1∶3~4∶2~9的比例量取正硅酸乙酯、水和有机溶液;6)...

【专利技术属性】
技术研发人员:程凤李程根宋德臣韩奕铭施樰刘倩倩李昌元海国良詹晓东
申请(专利权)人:武汉凯迪工程技术研究总院有限公司
类型:发明
国别省市:湖北,42

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