催化剂载体-活性氧化铝的制备实验
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催化剂载体-活性氧化铝的制备实验
一、实验目的
1、通过铝盐与碱性沉淀剂的沉淀反应，掌握氧化铝催化剂和催化剂载体
的制备过程。
2、了解制备氧化铝水合物的技术和原理。
3、掌握活性氧化铝的成型方法。
二、实验内容
1、通过铝盐与碱性沉淀剂反应，制备氧化铝催化剂。
三、实验原理
催化剂或催化剂载体用的氧化铝，在物性和结构方面都有一定要求。最基
本的是比表面积、孔结构、晶体结构等。例如，重整催化剂是将贵重金属铂、
铼载在γ—Al2O3或η—Al2O3上。氧化铝的结构对反应活性影响极大，载于其
他形态的氧化铝上，其活性是很低的，如烃类脱氢催化剂，若将Cr—K载在
γ—Al2O3或η—Al2O3上，活性较好，而载在其他形态氧化铝上，活性很差。
这说明它不仅起载体作用，而且也起到了活性组分的作用，因此，也称这种
氧化铝为活性氧化铝。α—Al2O3在反应中是惰性物质，只能作载体使用。制
备活性氧化铝的方法不同，得到的产品结构亦不相同，其活性的差异颇大，
因此制备中应严格掌握每一步骤的条件，不应混入杂质，尽管制备方法和路
线很多，但无论哪种路线都必须制成氧化铝水合物（氢氧化铝），再经高温脱
水生成氧化铝。自然界存在的氧化铝或氢氧化铝脱水生成的氧化铝，不能作
载体或催化剂使用，这不仅因杂质多，主要是难以得到所要求的结构和催化
活性。为此，必须经过重新处理，可见制备氧化铝水合物是制活性Al2O3的基
础。
氧化铝水合物经X射线分析，可知有多种形态，通常分为结晶态和非结晶
态。结晶态中有一水和三水化物两类形体；非结晶态则含有无定形和结晶度
很低的水化物两种形体，它们都是凝胶态。可总括为下述表达形式：
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无定形水合氧化铝，尤其假一水铝石，在制备中能通过控制溶液PH值或
温度，向一水氧化铝转变。经老化后大部分变成α—Al2O3·H2O，而这种形态
是生成γ—Al2O3的唯一路线。上述α—Al2O3·H2O凝胶是针状聚集体，难以洗
涤过滤。β—Al2O3·3H2O是球形颗粒，紧密排列，易于洗涤过滤。
氧化铝水合物是非稳定态，加热会脱水，随着脱水气氛和脱水温度的不同
可生成各种晶形的氧化铝。当受热到1200℃时，各种晶形的氧化铝都将变成
α—Al2O3（亦称刚玉）。α—Al2O3具有最小的表面积和孔容积。水合物受热后
晶型变化情况如下：
氧化铝水合物加热变化
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可见不论获得何种晶型的氧化铝都要首先制成氢氧化铝。氢氧化铝也是制
陶瓷和无机阻燃剂及阻燃添加剂的重要原料。
制备水合氧化铝的方法很多，其中有以铝盐、偏铝酸钠、烷基铝、金属铝、
拜耳氢氧化铝等为原料，并控制温度、pH值、反应时间、反应浓度等操作，
得到均一的相态和不同的物性。通常有以下几种方法：
1、以铝盐为原料
用AlCl3·6H2O，Al2(SO4)3·18H2O，Al(NO3)3Cl3·9H2O，KAl (SO4)4·24H2O
等的水溶液与沉淀剂—氨水、NaOH、Na2CO3等溶液作用生成氧化铝水合物。
球状活性氧化铝以三氯化铝为原料有较好的成型性能。实验多使用该法制
备水合氧化铝。
2、以偏铝酸钠为原料
偏铝酸钠可在酸性溶液作用下分解沉淀析出氢氧化铝。此原料在工业生产
上较经济，是常用的生产活性氧化铝的路线，但常因混有不易脱除的Na+ ，
故常用通入CO2的方法制各种晶型的Al(OH)3。
或
制备过程中有Al3+ 和OH— 存在是必要的，其他离子可经水洗被除掉。
另外还有许多方法，它们都是为制取特殊要求的催化剂或载体而采用的。
制备催化剂或载体时，都要求除去S、P、As、Cl等有害杂质，否则催化活性
较差。
本实验采用铝盐与氨水沉淀法。将沉淀物在pH=8~9范围内老化一定时间，
使之变成α—水铝石，再洗涤至无氯离子。将滤饼用酸胶溶成流动性能较好
的溶胶，用滴加法滴入油氨柱内，在油中受表面张力作用收缩成球，再进入
氨水中，经中和和老化后形成较硬的凝胶球状物（直径在1~3mm之间），经水
洗油氨后进行干燥。也可将酸化的溶胶喷雾到干燥机内，生成40~80μm的微
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球氢氧化铝。上述过程可用框图表示。
沉淀是制成一定活性和物性的关键，对滤饼洗涤难易有直接影响。其操作
条件决定了颗粒大小、粒子排列和结晶完整程度。加料顺序、浓度和速度也
有影响，沉淀中pH值不同，得到的水化物则不同。例如：
当Al3+ 倾倒于碱液中时，pH值由大于10向小于7转变。产物有各种形态
水化物，不易得到均一形体。如果反向投料，若pH不超过10，只有两种形
体，经老化也会趋于一种形体。为此，并流接触并维持稳定pH值，可得到均
一的形体。
老化是使沉淀形成不再发生可逆结晶变化的过程；同时使一次粒子再结
晶、纯化和生长；另外也使胶粒之间进一步粘结，胶体粒子得以增大。这一
过程随温度升高而加快，常常在较高温度下进行。
洗涤是为了除去杂质。若杂质以相反离子形式吸附在胶粒周围而不易进入
水中时，则需用水再搅拌情况下把滤饼打散成浆状物再过滤，多次反复操作
才能洗净。若有SO42— 存在则难以完全洗净。当pH近于7时，Al(OH)3会随水
流失，一般应维持pH>7。
酸化胶溶是为成型需要设置的。这个过程是在胶溶剂存在下，使凝胶这种
暂时凝集起来的分散相重新变成溶胶。当向Al(OH)3中加入少量HNO3时发生
如下反应：
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生成的Al3+ 在水中电离并吸附在Al(OH)3表面上，NO3— 为反离子，从而形
成胶团的双电层，仅有少量HNO3就足以使凝胶态的滤饼全部发生胶溶，以致
变成流动性很好的溶胶体。当Cl— 或Na+或其他离子存在时，溶胶的流动性和
稳定性变差。应尽可能避免杂质存在，否则会影响催化剂的活性。利用溶胶
在适当pH和适当介质中能溶胶化的原理，可把溶胶以小滴形式滴入油层，这
是由于表面张力而形成球滴，球滴下降中遇碱性介质形成凝胶化小球，以制
备Al2O3小球催化剂。
四、实验装置基本情况：
1、实验装置流程图（如图1所示）：
图1 实验装置流程图
1-加热器、2-冷凝管、3-热水泵、4-玻璃反应器、5-搅拌桨、6-加料口、7-搅拌电
机、8-温度计、9-恒温槽、10-过滤储槽、11-过滤介质、12-收集瓶、14-真空表、14-
调节阀、15-缓冲罐、16-真空泵、17-干燥箱、18-成型槽。
2、实验装置面板图(如图2所示)：
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图2 实验装置面板图
五、实验步骤：
1、溶液配制：
1.1、取570ml蒸馏水放入1000ml烧杯内，在粗天平上称量30克无水三
氯化铝（要求快速称量，否则因吸湿而不准确），分次投入水中，搅拌后澄清。
如果有不溶物或颗粒杂质，可用漏斗过滤，最终配成5% AlCl3溶液。
1.2、取浓氨水（25%）50ml，用水稀释一倍待用。
2、水合氧化铝的制备：
2.1、将三氯化铝溶液放入玻璃反应器内，开启搅拌电机，升温至40℃，
在搅拌下快速倒入氨水（按理论量80%），观察搅拌桨叶的转动情况。若溶液
变粘稠，再加少许氨水，沉淀的胶体变稀，用玻璃棒沾取沉淀胶体滴入pH试
纸上，测定pH在8~9之间则合格，停止加氨水，继续搅拌30分钟，随时测
pH值，如有下降再补加氨水。
2.2、30分钟后把温度升至70℃，停止搅拌，将其静止老化1小时。
2.3、将老化的凝胶倒入抽滤漏斗内过滤。第一次过滤速度较快，随着洗
涤次数的增加，过滤速度逐渐减慢。
2.4、取出过滤抽干的滤饼，此操作称为打浆。全部变成浆状物后，再次
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过滤，通常至少洗涤5次，最后用硝酸银溶液滴定滤液，若不产生白色沉淀
即为无氯离子。取少量凝胶在显微镜下观察。
2.5、将洗好的滤饼放在500ml烧杯内，称重，待酸化使用。
3、成型操作：
3.1、在成型槽内放300ml的12.5%氨水和50ml变压器油，再加少量“平
平加”表面剂。由此构成简易油氨柱。
3.2、加入12M的硝酸溶液，用量为滤饼的2~3%（重量剂）。用玻璃棒强
烈搅动，滤饼逐渐变成乳状的Al(OH)3溶胶（流动很好），之后再用力搅动一
定时间，将块状凝胶全部打碎。用50ml针筒取浆液，装上针头。
3.3、针尖向下，往油氨柱滴加溶液。溶胶在油层中收缩成球穿过油层后
进入氨水中变成球状凝胶体。在氨水中老化30分钟。
3.4、吸出油层和氨水，倒出凝胶球状物，用蒸馏水洗油和氨水。洗涤时
可加少量洗净剂或平平加等。
3.5、干燥及灼烧：
洗净后的球状氢氧化铝凝胶，在室温下风干24小时，然后放于烘干箱中
105℃下干燥6小时，再置于高温炉中500℃下灼烧4小时，最后生成γ—Al2O
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（当操作条件不当会混有η—Al2O3）。
六、实验注意事项：
1、浓氨水有刺激性气味和腐蚀性最好戴口罩和手套。
2、抽滤过程中要放少量的抽滤液一点一点添加。
3、实验结束后保持设备清洁，可以用无水乙醇擦拭。
