Aktiveeritud alumiiniumoksiidon mittetohhiomeetriline alumiiniumoksiid (al₂o₃ · nh₂o), millel on kõrge spetsiifiline pindala ja rikkalik pinna hüdroksüülrühmad. Selle peamine kristallvorm on -al₂o₃. Suurepärase adsorptsiooni, katalüütilise aktiivsuse ja termilise stabiilsuse tõttu kasutatakse aktiveeritud alumiiniumoksiidi laialdaselt naftakeemilises, keskkonnakaitses, gaasi kuivatamises ja katalüsaatori kanduriväljades. Selle aktiivset olekut mõjutavad siiski paljud tegurid, näiteks ettevalmistusprotsess, kuumtöötluse tingimused, pinna happesus, lisandite sisaldus ja hüdratsiooni aste. Seetõttu on nende tegurite mõju sügav mõistmine aktiveeritud alumiiniumoksiidi jõudlusele oma tööstusliku rakenduse optimeerimiseks.
1. Ettevalmistusmeetodi mõju aktiveeritud alumiiniumoksiidi aktiivsusele
Aktiveeritud alumiiniumoksiidi ettevalmistamise meetod mõjutab otseselt selle spetsiifilist pindala, pooride struktuuri ja pinna keemilisi omadusi, määrates sellega selle aktiivse oleku. Ühised ettevalmistusmeetodid hõlmavad järgmist:
(1) Sol-geeli meetod
See meetod hüdrolüüsib alumiiniumsoolasid (näiteks alumiiniumnitraat, alumiinium isopropoksiid), moodustades sool, mis seejärel geelistatakse, kuivatatakse ja kaltsineeritakse, et saada -al₂o₃. Sol-geeli meetodil valmistatud aktiveeritud alumiiniumoksiidil on tavaliselt kõrge spetsiifiline pindala (300–500 m²\/g) ja kontrollitav pooride suuruse jaotus, mis sobib suure aktiivsusega katalüsaatori kandjatele.
(2) Sademete meetod
Alumiiniumhüdroksiid sadestub alumiiniumistoolalahuse pH väärtuse reguleerimisega ja seejärel aktiveeritud alumiiniumoksiid saadakse pesemise, kuivatamise ja kaltsineerimise teel. Sademete meetodi peamised juhtimisparameetrid hõlmavad sademeid (ammoniaak, NaOH jne), pH väärtus ja vananemisaeg. Nende tingimuste optimeerimine võib suurendada alumiiniumoksiidi spetsiifilist pinda ja pinna happesust.
(3) hüdrotermiline meetod
Kõrge temperatuuri ja kõrgrõhu hüdrotermiliste tingimuste korral saab alumiiniumist lähteaineid (näiteks boehmiit) muuta kõrge kristallilisusega -al₂o₃. Selle meetodi abil valmistatud alumiiniumoksiidil on kõrge termiline stabiilsus ja regulaarne pooride struktuur ning see sobib kõrge temperatuuriga katalüütilisteks reaktsioonideks.
Erinevate ettevalmistusmeetodite abil saadud aktiveeritud alumiiniumoksiidil on olulised erinevused spetsiifilises pindalas, pooride struktuuris ja pinna hüdroksüülsisalduses, mis omakorda mõjutab selle adsorptsiooni ja katalüütilist jõudlust.
2. Kuumravi tingimuste mõju aktiivsele olekule
Kuumtöötlus (kaltsineerimine) on aktiveeritud alumiiniumoksiidi struktuuri reguleerimisel, mis mõjutab peamiselt selle kristallvormi, spetsiifilist pindala ja pinnahappesust.
(1) kaltsineerimise temperatuur
• Madala temperatuuriga kaltsineerimine (300–500 kraad): kõrge spetsiifilise pindalaga -al₂o₃ moodustumine, rikkalikud pinnahüdroksüülrühmad, mis sobib adsorptsiooniks ja madala temperatuuriga katalüüsiks.
• Keskmise temperatuuri kaltsineerimine (500–800 kraad): osa hüdroksüülrühmadest eemaldatakse, spetsiifiline pindala väheneb pisut, kuid happesus ja termiline stabiilsus on paranenud, mis sobib katalüütilisteks reaktsioonideks, näiteks nafta pragunemiseks.
• High temperature calcination (>1000 kraad): -al₂o₃ muutub järk -järgult θ -al₂o₃ ja -al₂o₃ madala spetsiifilise pindalaga ning aktiivsus väheneb märkimisväärselt.
(2) kaltsineerimise atmosfäär
• Õhu kaltsineerimine: soodustab pinnahüdroksüülrühmade peetust, mis sobib kõrge pinna aktiivsust vajavate rakenduste jaoks.
• Kaltsineerimine inertses atmosfääris (n₂, AR): vähendab pinna oksüdatsiooni ja sobib pinnahappesuse kontrollimiseks.
• Kaltsineerimine atmosfääri redutseerimisel (H₂): võib moodustada madala valentsete alumiiniumist liike, mõjutades katalüütilist jõudlust.
3. Pinnaomaduste mõju aktiivsusele
(1) Spetsiifiline pindala ja pooride struktuur
• High specific surface area (>200 m²\/g) pakub aktiivsemaid saite, parandades adsorptsiooni ja katalüütilist efektiivsust.
• Sobiv pooride suurus (2–50 nm) hõlbustab reagentide levikut ja väldib pooride ummistust.
(2) Pinna happesus
Aktiveeritud alumiiniumoksiidi pinnahappesus hõlmab Lewishapet (koordineeritud küllastumata al³⁺) ja Brønsted hapet (pind hüdroksüül):
• Lewis Acid: soodustab olefiini polümerisatsiooni, isomerisatsiooni ja muid reaktsioone.
• Brønsted hape: sobib prootonkatalüütilisteks reaktsioonideks nagu hüdrolüüs ja esterdamine.
Pinna happesuse jaotust saab optimeerida, kohandades ettevalmistusmeetodit ja dopingu modifikatsiooni (näiteks tutvustades SiO₂, F⁻ jne).
4. Lisandite dopingu mõju
Teatud lisandid võivad märkimisväärselt muuta aktiveeritud alumiiniumoksiidi katalüütilist jõudlust:
• Lisandite (näiteks Fe, Ni, CO) edendamine: võib toimida aktiivsete keskustena redoks jõudluse parandamiseks.
• Mürgituse lisandid (näiteks Na⁺, K⁺): neutraliseerige pinna happesus ja vähendage katalüütilist aktiivsust.
• Struktuurilised stabilisaatorid (näiteks La₂o₃, Sio₂): parandage termilist stabiilsust ja vältige kõrge temperatuuriga paagutamist.
5. Hüdratsiooniseisundi mõju
Aktiveeritud alumiiniumoksiid sisaldab oma pinnal suurt hulka hüdroksüülrühmi (-OH) ja selle hüdratsiooniseisund mõjutab selle adsorptsiooni ja katalüütilist käitumist:
• Mõõdukas hüdratsioon (3–10% H₂O): hoidke pinna hüdroksüülrühmi, parandage hüdrofiilsust ja katalüütilist aktiivsust.
• Liigne dehüdratsioon: põhjustab pinna hüdroksüülrühmade langust ja vähendab aktiivsust.
• Liigne hüdratsioon: võib blokeerida poorid ja mõjutada reagentide levikut.
6. Ladustamistingimuste mõju
Aktiveeritud alumiiniumoksiid võib vähendada oma aktiivsust niiskuse imendumise või kaasneva adsorptsiooni tõttu. Seetõttu tuleb seda stabiilsuse parandamiseks hoida kuiva inertses keskkonnas või pinnal passiivses keskkonnas.
Aktiivne olekaktiveeritud alumiiniumoksiidmõjutavad paljud tegurid, sealhulgas ettevalmistamise meetod, kuumtöötluse tingimused, pinnaomadused, lisandite doping ja hüdratsiooni olek. Nende tegurite optimeerimisega saab reguleerida selle spetsiifilist pinda, pooride struktuuri ja pinnahappesust, parandades seeläbi katalüüsi, adsorptsiooni ja muude väljade kasutamise jõudlust.