氧化铝基球形吸附材料的制备及其性能研究

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13X分子筛和MnO2是常见的重要吸附材料。前者广泛应用于二甲苯异构体的分离,后者常应用于处理废水中偶氮类和酚类有机化合物。目前,13X分子筛主要为块状、棒状或转动滚球法制成的球形而MnO2多为粉体。这些形貌在工业应用时存在诸多缺陷。为了拓展两种吸附材料的应用领域,寻求新的成型工艺来制备物化性能更为优异的吸附剂是十分必要的。以铝溶胶为铝源通过油柱成型工艺制备的球形氧化铝载体,具有表面光滑、粒径均一、孔结构优良、机械强度高等优异特征。因此,研究以铝溶胶为粘结剂,通过油柱成型工艺制备尺寸单分散的球形13X分子筛和MnO2吸附材料具有重要的理论和工业应用意义。本论文通过调节铝溶胶与MnO2粉体的比例,在油柱成型工艺制备球形氧化铝载体的基础上,进一步优化成型、老化和焙烧等步骤的单元操作参数,制备了一系列不同MnO2含量的球形MnO2-Al2O3吸附材料。采用XRD、FT-IR、BET等测试手段对所制备样品的晶相结构和孔特性进行了详细的表征分析,结果表明,铝溶胶和MnO2之间没有发生化学反应,铝溶胶的加入不改变MnO2的晶相结构;所得到的球形MnO2-Al2O3材料具有表面光滑、球形度高和尺寸分布窄等特征,其孔结构主要为介孔;随着铝溶胶粘结剂用量的增加,成型更加容易,在现有条件下,其成型的最小添加量为15wt%(以焙烧产物Al2O3计算);铝溶胶的添加量在一定范围内调变,可有效调控球形MnO2-Al2O3的形貌和孔结构性质。本论文在调节铝溶胶添加量的基础上,通过添加有机造孔剂(如丙酮和丙烯酸铵)来进一步调控球形MnO2-Al2O3吸附材料的尺寸大小和孔结构。采用XRD、BET等表征手段对所制备样品的晶相结构和孔结构进行分析,结果表明:丙酮和丙烯酸铵造孔剂不影响球形MnO2-Al2O3材料的晶相结构;在一定范围内能有效调控球的尺寸和孔结构,随着添加量的增加,球直径变小,比表面积和孔容增大,平均孔径减小,堆密度降低,压碎强度降低。其中,比表面积的增幅非常显著,添加丙酮后其比表面积最高可达212.80m2/g,是未改性产品的3倍。本论文以铝溶胶作为粘结剂,采用微流注射成型技术,通过调控铝溶胶的添加量制备了一系列微球形13X zeolite-Al2O3材料。采用XRD、BET等表征手段对所得到的样品的晶相结构和孔结构进行详细的分析,结果表明:铝溶胶的添加不影响13X分子筛的晶相结构;样品具有表面光滑、球形度高、尺寸大小分布窄的特征;微球形13X zeolite-Al2O3具有微孔和介孔的双孔结构;铝溶胶的添加量最小为5wt%(以氧化铝计算),添加量量的增加,其比表面积减小,孔容增大,堆密度降低。此外,以酸性甲基橙溶液脱色反应为探针,研究所制备的球形MnO2-Al2O3吸附材料的吸附脱色性能。研究表明,所制备的球形吸附材料与二氧化锰粉体的脱色性能相当,但是球形材料易分离,大大简化了操作。
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