中和溫度對制備氫氧化鋁的影響

中和溫度對制備氫氧化鋁的影響

作為一種常見的催化劑，氧化鋅是一種非常復(fù)雜的體系，其形狀和變化多樣。就是同一種晶相,它的孔結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)及催化性能也不盡相同。氧化鋁的特性取決于前驅(qū)體的純度、分散性、結(jié)晶度大小等,因此研究前驅(qū)體氫氧化鋁的制備具有十分重要的意義。筆者采用鋁酸鈉與酸中和制備氫氧化鋁,著重考察了老化條件如老化時間、老化溫度等對氫氧化鋁粒度分布、晶相轉(zhuǎn)化等性質(zhì)的影響。1實驗部分1.1原材料氫氧化鋁,工業(yè)級;氫氧化鈉、硝酸,均為分析純。1.2水的稀釋和過濾將氫氧化鋁用氫氧化鈉熱溶制成偏鋁酸鈉。然后量取一定體積的偏鋁酸鈉,用1倍體積的水于室溫下在15min內(nèi)稀釋并過濾。取一定量的濃硝酸溶液,稀釋成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的稀硝酸。在一定溫度及pH的條件下,采用并流加料的方式中和1h,然后采用不同老化條件對制備的氫氧化鋁進(jìn)行老化,并對其性質(zhì)進(jìn)行測試。1.3氧化鋁晶相結(jié)構(gòu)采用日本理學(xué)UltimaIV型X射線衍射儀表征氫氧化鋁的晶相結(jié)構(gòu)[Cu靶,Ka輻射,掃描速度為4(°)/min,掃描角度為10～80°];用MS2000型馬爾文激光粒度儀對氫氧化鋁的粒度進(jìn)行測試。2結(jié)果與討論2.1中和氫氧化鋁在不同中和溫度下的粒度變化偏鋁酸鈉和稀硝酸在高溫(70℃)和低溫(50℃)條件下中和制備氫氧化鋁,然后在保持中和溫度條件下進(jìn)行老化,在6h內(nèi)選取不同老化時間點取樣進(jìn)行粒度分析。圖1為老化時間對高溫中和氫氧化鋁粒度的影響。從圖1可以看出,70℃的中和條件下,老化0.5～6h時,樣品的中值粒度在很小的范圍(28～30μm)內(nèi)變動。圖2為老化時間對低溫中和氫氧化鋁粒度的影響。從圖2可以看出,在50℃的中和條件下,老化0.5～6h時,樣品的中值粒度變化范圍也較小,為17～20μm。圖1、圖2兩個不同中和溫度制備的氫氧化鋁在不同的老化時間內(nèi)粒度呈現(xiàn)較好的正態(tài)分布,而且隨著各自老化時間的延長,粒子的中值粒度變化范圍較小,說明粒子的粒度隨老化時間的變化不大,粒子的大小主要是由中和溫度控制。圖3為老化時間對中值粒度的影響。從圖3可以看出,隨著老化時間的延長,在2h內(nèi)兩個中和溫度樣品的中值粒度有變小的趨勢。高溫中和時樣品中值粒度稍稍變大,但是變大的幅度較小;而低溫中和時樣品的中值粒度保持變小的趨勢,而且減小的幅度也不大。這說明高溫中和與低溫中和后漿液中氫氧化鋁粒子隨著后續(xù)老化時間的延長,粒度變化趨勢不同。由此可見,由偏鋁酸鈉和稀硝酸中和制備氫氧化鋁,中和溫度對氫氧化鋁的粒度的影響要比老化時間的影響大。因此,要得到較大粒度的氫氧化鋁,需要提高中和溫度。較低溫度下中和制備氫氧化鋁時,應(yīng)選擇較短的老化時間,一般控制在0.5h為宜。較高溫度中和制備氫氧化鋁時,根據(jù)實際要求,一般老化時間控制在0.5～1h即可。2.2中和溫度和老化溫度對粒徑的影響采取不同的老化溫度,考察老化溫度對氫氧化鋁粒度的影響。圖4是在40℃的低溫中和后,漿液分別在40℃和65℃下老化對漿液中氫氧化鋁的中值粒度的影響。從圖4可以看出,隨著老化時間的延長,兩個老化溫度條件下漿液中氫氧化鋁粒子的中值粒度逐漸變小。老化時間超過4h后,兩個溫度下氫氧化鋁粒子變化趨勢不同,在40℃時,氫氧化鋁的中值粒度不再變小,而且略微變大。而在65℃時氫氧化鋁的中值粒度基本不變,說明在40℃下,隨著老化時間的延長,不同老化溫度下漿液中氫氧化鋁粒度逐漸變小,最后達(dá)到基本平衡。因此,在較低溫度(40℃)下中和,如果希望得到大粒度的氫氧化鋁,則應(yīng)盡量減小老化時間,同時老化的溫度也可以降低一些。從圖4可知:對于低溫中和的氫氧化鋁,提高老化溫度也不能改變在老化過程中粒子粒度逐漸變小的趨勢,這主要是由于低溫中和漿液中細(xì)小的粒子較多,凝膠里面夾雜的水分較多,隨著老化時間的延長,凝膠中的水分逐漸滲出,同時凝膠體積隨之縮小,即隨著老化時間的延長,粒子粒度有減小的趨勢。低溫中和時,因為細(xì)小粒子較多,即需要減少老化時間以得到較大粒子,但在后續(xù)的烘干過程中凝膠中夾雜的大量水分還會失去,氫氧化鋁凝膠會發(fā)生收縮,因而老化時間最好控制在0.5～1h。圖5是在高溫(75℃)中和后,漿液分別在75℃和50℃下老化對漿液中氫氧化鋁中值粒度的影響。從圖5可以看出,在兩個老化溫度條件下,氫氧化鋁在剛開始時間內(nèi)粒子粒度變大。隨著老化時間的延長,氫氧化鋁粒子粒度的變化趨勢開始不同。75℃老化前1h漿液中氫氧化鋁粒度在較小范圍內(nèi)變大,最大不超過32μm,隨后粒度減小,2h后粒度變化很小,基本保持不變;而在50℃下,隨著老化時間的延長,氫氧化鋁粒度一直呈現(xiàn)變大趨勢,但是老化時間在6h內(nèi)的變化不是很大,為28～34μm。從圖5實驗結(jié)果可知,中和過程中由于溫度較高,凝膠中的水分滲出較快,因而看不到低溫中和情況下的老化剛開始粒子變小的現(xiàn)象。而且酸堿中和生成的溶膠粒子凝膠后還會發(fā)生團(tuán)聚,也會使?jié){液中粒子粒度有所增加。所以較高溫度中和后,氫氧化鋁粒子的粒度隨著時間延長總體不會變小。因此,要制備較大粒子的氫氧化鋁,最好采用較高的中和溫度。出于成本考慮,老化溫度降低25℃對粒子影響不是很大,老化時間也不用太長,一般控制在0.5h為宜;要得到的粒徑較小(<20μm)的氫氧化鋁,需要控制較低的中和溫度和老化溫度,中和溫度可選擇50℃,老化時間可以選擇0.5h。粒度影響(75℃中和)2.3氫氧化鋁液的晶體結(jié)構(gòu)老化分別將不同老化時間的氧化鋁漿液過濾,120℃烘干2h后進(jìn)行XRD測試。圖6為老化時間對氫氧化鋁晶型影響的譜圖。從圖6可以看出,隨著老化時間的延長,氫氧化鋁的晶相沒有變化,而且衍射主峰都很銳利,說明中和過程中或剛開始老化時,氫氧化鋁的晶粒結(jié)晶度就已經(jīng)生長得很好了。在29°附近有一個隨著老化時間逐漸變小的Al(NO3)3·9H2O衍射峰,這是由于漿液中還有大量的硝酸根存在所致。隨著老化時間增加,Al(NO3)3·9H2O的衍射峰逐漸減小,老化6h后,Al(NO3)3·9H2O的峰基本消失。這說明在漿液中Al(NO3)3·9H2O并不穩(wěn)定,隨著老化時間延長逐漸轉(zhuǎn)化成了氫氧化鋁。另外,經(jīng)過水洗硝酸根大量減少,這也是導(dǎo)致Al(NO3)3·9H2O消失的原因。3老化時間對氫氧化鋁晶型的影響1)用偏鋁酸鈉和稀硝酸中和制備的氫氧化鋁,在不同中和溫度得到的氫氧化鋁漿液經(jīng)過不同的時間老化,其粒度變化較小。70℃高溫中和條件下,氫氧化鋁的中值粒度為28～30μm,50℃中和條件得到的氫氧化鋁中值粒度為17～20μm。老化時間對氫氧化鋁粒度的影響較中和溫度對其影響要小得多。2)40℃中和后,在不同溫度下老化,氫氧化鋁的粒度都會變小,因而可采取低溫老化;而75℃中和后,不同溫度老化對氫氧化鋁粒度的影響都不很顯著,粒度變化很小,因此也可采用低溫老化。如果想得到較大粒子的氫氧化鋁,在較低溫度下中和,