活性氧化铝的制备与应用

前言

活性氧化铝是非冶金级氧化铝行业的一个重要分支，它是指γ、κ、θ、η、δ、χ等过渡相氧化铝以及含有部分水的氧化铝化合物（分子式Al2O3·nH2O，0≦n﹤1）。这些氧化铝的共同的特点是：比表面积大，多孔隙结构，以及合理的孔径分布。

按其用途可分为活性氧化铝吸附剂，活性氧化铝干燥剂和活性氧化铝催化剂载体。在医药、化工、冶金、水质进化、化学分析、废气治理等领域等应用。此外，随着科学技术的发展，活性氧化铝的应用领域也在不断扩宽。

一、活性氧化铝的性质

活性氧化铝的主要参数是比表面积及孔径的分布。通过选择不同品种的原料，可以制备出不同比表面积的活性氧化铝；通过加入添加剂的方法，可以改变活性氧化铝的孔径分布。

1比表面积

从理论上讲，只要合理控制焙烧条件，可获得高达360m2/g的氧化铝产品，如果利用NaAlO2分解所得胶装氢氧化铝而制得的活性氧化铝，其孔径非常细小，在一定条件下，可得到比表面积高达600m2/g的氧化铝产品。 

2孔径分布

Al(OH)3在加热脱水时生成的H2O，在晶体内而形成很高的汽压，由此产生分布很广的微孔，其孔径随着Al(OH)3品种的不同而不同。

一般来说，用纯氢氧化铝培烧可以制得中等孔径的产品。以铝胶等制得的活性氧化铝可以制得较小孔径的产品，而在制备活性氧化铝时加入某些有机物，如乙二醇、纤维，燃烧后可以制得较大孔径的活性氧化铝。

二、活性氧化铝的分类

活性氧化铝指的是中间态氧化铝，主要可以分为高温氧化铝、低温氧化铝和ρ-Al2O3三大类。

1γ系列低温氧化铝

这种形态的产品在不超过600℃的温度条件下脱水生成。包含ρ-氧化铝、χ-氧化铝，η-氧化铝、γ-氧化铝、结晶情况不好。

2δ系列高温氧化铝

这类氧化铝基本是在800℃～1000℃之间的温度生成的，称为分子剂，包括k-氧化铝、θ-氧化铝，δ-氧化铝等相对来说结晶情况较好。

3ρ-氧化铝

这种活性氧化铝是一种不定形体，是三水铝石快速加热脱水而成的，它有一个很重要的特性：再水化。根据其水化特性，可以制备出许多不同品种的活性氧化铝制品。

ρ- Al2O3 +6H2O→Al2O3·H2O→Al2O3·3H2O

这些过渡态相的氧化铝在化学成分上相近，只是由于其晶体结构不同，一般采用X衍射图形分析特征峰以区分品种，也可由其根源及加工过程来推断。 

三、活性氧化铝粉体的制备

活性氧化铝粉体是将氢氧化铝，拟水薄石等氧化铝水合物与不用添加剂混合后，控制不同的焙烧条件而制得的。如下为活性氧化铝的工艺流程图：

图1 活性氧化铝的工艺流程图

1活性铝土矿

活性铝土矿是活性氧化铝系列最古老的产品之一。活性铝土矿是用活性氧化铝含量最高的三水铝石型矿物，在400～800℃的温度范围内脱水，然后破碎、筛分而得到的粒状品。

由于原料没有经过纯化，杂质元素含量较高，主要杂质是Fe2O3、SiO2、TiO2等；比表面积不高，处于70～150m2 /g之间。这些不利因素限制了活性铝土矿的应用，因此它只能被用作要求不高的脱色、脱水等操作，这种产品已逐步为其它活性氧化铝所代替。

2活性结疤颗粒

活性结疤颗粒继活性铝土矿之后的活性氧化铝制品。在氧化铝生产过程中，由分解槽清理出来的结疤料，在400～600℃进行活化，然后破碎、筛分而得到一种坚硬的无尘产品，这种产品的生产必须经过脱碱处理，流程图如下：

图2 活性结疤颗粒生产流程图

3由ρ-氧化铝制备

主要是利用ρ-Al2O3的再水化特性，水化后的拜尔石可以起到粘接作用，在焙烧时又成为活性氧化铝。

以ρ-氧化铝生产活性氧化铝制品可以将制品做成各种各样的形状，甚至可以将某些催化剂主体直接和活性氧化铝配制成粉体，从而制成某些特殊形状的活性氧化铝制品。

4由拟水薄石制备

拟薄水铝石在加入酸(如H2SO4 、HAC等)的情况下，有一部分颗粒可以水解而成为铝胶，与氢铝微粉混合后，可以制备出不同形状及性能的活性氧化铝制品。

四、活性氧化铝的应用领域

活性氧化铝的应用领域主要是吸附领域和催化剂领域。下文将为大家举例说明。

1在液体干燥上的应用

活性氧化铝和水有很强的亲合力，因此它对气体中水份的干燥能力是非常强的，在工业应用的干燥剂中，氯化钙、硅胶、氧化钙等的干燥能力均低于活性氧化铝，只有氧化钡的干燥能力稍高于活性氧化铝。

同时由于氧化铝的化学稳定性较好，只有很少一部分气体和它起化学反应，可用于干燥乙炔、氢气、氧气、空气、氮气等二十余种气体。

2在水质净化上的应用

活性氧化铝在水质净化领域的发展是非常迅速的，对水质的处理主要集中在氟化物的去除；颜色及气味的消除；磷酸盐的去除等方面。

活性氧化铝对以上三个方面的净化效果非常好，而且再生方法简单，价格适宜。

3在催化剂领域的应用

活性氧化铝在许多工业催化领域可用，此外氧化铝也可用作催化剂活性组分的载体。