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氧化铝具有比表面积较大、孔结构稳定且可调控等优点,广泛应用于催化、吸附等领域。球形氧化铝作为催化剂或催化剂载体时,颗粒间以点相接触,在床层中堆砌均匀,可有效降低床层压降,提高催化反应的传质效果。以有机铝源为原料制备氧化铝,存在生产成本高、工艺条件苛刻等问题,难以实现工业应用。本文分别以廉价的无机铝盐和商业拟薄水铝石粉为原料,采用无模板法和软模板法制备氢氧化铝和氧化铝,考察反应工艺条件对氢氧化铝和氧化铝的物相、形貌和孔结构的影响,以制备性能优异、适合费托合成钴基催化剂使用的氧化铝载体。 首先,以硫酸铝和尿素为原料制备了球形AlOOH和γ-Al2O3,所得球形γ-Al2O3的较佳反应条件为:硫酸铝的浓度为0.1 M,尿素与铝离子的摩尔比为12∶1,90℃反应24 h,聚乙二醇400(PEG400)浓度为0.06 M可得到颗粒分散性较好、平均粒径为1.7μm的γ-AlOOH。γ-AlOOH经800℃焙烧后得到γ-Al2O3,保持实心球形形貌,比表面积为163.34 m2/g,平均孔径为16.61 nm,孔容为0.68cm3/g。 其次,以硫酸铝为铝源,尿素为沉淀剂,采用非离子表面活性剂聚氧乙烯-8-辛基苯基醚X-100(Triton X-100,TX-100)辅助合成了分级结构的海胆状中空球形γ-AlOOH和以γ-Al2O3为主的Al2O3。氢氧化铝颗粒经沉淀和聚集、晶化和定向生长及溶解-重结晶等过程生长为海胆状中空球形γ-AlOOH。当TX-100浓度为0.065M时,所得γ-AlOOH中空微球直径为2-3μm,壳厚度为200-300nm;微球由大量长度约为1μm、垂直于球形表面的针状粒子组成。焙烧后得到的Al2O3形貌保持海胆状中空球形。TX-100的浓度对所制备Al2O3孔结构具有调控作用,当TX-100浓度为0.01 M时,所制备Al2O3的比表面积、孔容最大,分别为146.91m2/g、0.92 cm3/g,呈多级孔分布。 最后,从工业应用角度出发,以商业拟薄水铝石为原料,硝酸为胶溶剂,制备铝溶胶,在优化胶溶工艺参数的基础上考察了不同种类表面活性剂与氧化硅溶胶改性剂对所制备γ-Al2O3的孔结构影响。胶溶温度为90℃时,胶溶6h可得到半透明、较为稳定的铝溶胶;胶溶剂HNO3的用量增加,拟薄水铝石的酸分散指数增大,所得铝溶胶的比表面积由169.00 m2/g增大为310.38 m2/g,而孔容则从0.33 cm3/g逐渐下降为0.25 cm3/g,平均孔径由7.85 nm下降为3.16 nm。非离子表面活性剂PEG400对由铝溶胶所制备γ-Al2O3的孔结构调控作用较为明显,当PEG400浓度为0.05 M时,可得到比表面积为223.52 m2/g,孔容为0.53 cm3/g,平均孔径为9.42 nm的γ-Al2O3。所添加的改性剂氧化硅以无定形形式分散于铝溶胶中,当氧化铝与氧化硅的质量比为20时,所得氧化硅改性氧化铝的孔结构优异,比表面积为243.70 m2/g,孔容为0.72 cm3/g,平均孔径为11.76 nm。 上述研究表明:采用添加非离子表面活性剂的软模板法可制备球形、中空球形AlOOH和Al2O3,孔结构性质良好。采用硝酸胶溶商业拟薄水铝石粉,加入PEG400和氧化硅改性剂,亦可简单高效地制备孔结构性质优异的氧化铝。这两种制备氧化铝并调控其孔结构的方法为费托合成负载型钴基催化剂的开发奠定了基础。