Poorseid materjale kasutatakse laialdaselt katalüüsis, eraldamises ja energiaväljades nende suure eripinna ja häälestatavate pooride struktuuri tõttu. Nende hulgas on suurepärase termilise stabiilsuse, keemilise inertsuse ja madala hinnaga poorsest alumiiniumoksiidist saanud üks olulisemaid katalüsaatorikandjaid ja mallimaterjale. Täpne kontroll selle struktuuri üle on seotud tehnoloogiate jõudluse parandamiseks ülioluline.
Poorne alumiiniumoksiid on suure-pinnaga-alumiiniumoksiidi materjal, millel on arvukalt väikseid poore, mis pakuvad suuremat pindala ja reaktsioonikohti keemiliste reaktsioonide ja adsorptsiooni jaoks. Seda kasutatakse tavaliselt katalüsaatorites, adsorbentides, eraldusmaterjalides, täiteainetes, tugedes ja muudes rakendustes. Selle pooride suurust ja pooride jaotust saab kontrollida erinevate valmistamismeetodite abil, et vastata erinevatele rakendusnõuetele.
Poorse alumiiniumoksiidi valmistamismeetodid
Levinud meetodid poorse alumiiniumoksiidi valmistamiseks on sadestamine, hüdrotermiline süntees, sool{0}}geeli töötlemine, emulsioonimeetodid, elektrolüütilised meetodid, kõva mallimine ja pehme mallimine. Erinevates rakendustes kasutavad need meetodid üldiselt mitsellide moodustamiseks pindaktiivseid aineid mesopoorsete materjalide suunatud sünteesi mallidena, kuigi igal meetodil on oma spetsiifiline fookus.
Sadestamise meetod
Sadestamismeetod hõlmab sadeaine lisamist anorgaanilisele alumiiniumiallikale ja selliste tingimuste reguleerimist nagu reagendi kontsentratsioon, pH, segamisrežiim ja pesulahusti, et sünteesida poorset alumiiniumoksiidi spetsiifilise morfoloogiaga. Tavaliselt kasutatavad alumiiniumiallikad on alumiiniumsulfaat, alumiiniumnitraat, alumiiniumkloriid ja nende hüdraadid. Tüüpilised sadestajad on ammoniaagivesi, naatriumhüdroksiid, ammooniumkarbonaat, ammooniumvesinikkarbonaat ja ammooniumhüdroksiid. Pärast vanandamist, kuivatamist ja kaltsineerimist saadakse soovitud morfoloogiaga poorne alumiiniumoksiid.
Hüdrotermiline meetod
Hüdrotermiline meetod hõlmab segatud lahuse asetamist suletud reaktorisse ning kõrge -temperatuuri ja- kõrge rõhuga keskkonna kasutamist, et soodustada vähelahustuvate või lahustumatute ainete lahustumist ja ümberkristalliseerumist. Reaktsiooniaega, temperatuuri ja reagentide koostist reguleerides saab valmistada erineva pooride suuruse, poorsuse ja seinapaksusega poorseid alumiiniumoksiidi materjale. Hüdrotermiliselt sünteesitud poorse alumiiniumoksiidi morfoloogia on tihedalt seotud vee temperatuuri, rõhu, dielektrilise konstandi, viskoossuse ja lahuse difusioonikoefitsiendiga.
Sol{0}}geelmeetod
Sol{0}}geeli meetod hõlmab alumiiniumsoolade ja ammooniumsoolade lahuste kuumutamist ja segamist, et saada esmalt sool-eelainegeel, millele järgneb alkoholiga pesemine, vanandamine, kuivatamine ja kaltsineerimine poorse alumiiniumoksiidi sünteesimiseks. Tavaliste alumiiniumsoolade hulka kuuluvad alumiiniumnitraat, alumiiniumkloriid ja nende hüdraadid. Valmistamise ajal tuleb hoolikalt kontrollida segatud lahuse pH-d ja kontsentratsiooni, et saada ühtlaselt dispergeeritud, kõrge -puhtusastmega poorne alumiiniumoksiidi pulber.
Kõva mallimismeetod
Kõva mallimismeetod hõlmab lähtematerjalide täitmist tahketeks mallideks, millele järgneb poorse alumiiniumoksiidi sünteesimiseks sellised protsessid nagu lahustamine, ekstraheerimine, filtreerimine, kuivatamine ja kaltsineerimine. Tavaliselt kasutatavad kõvad mallid hõlmavad ränidioksiidi, järjestatud mesopoorset süsinikku, kiude, polümeeri mikrosfääre ja muud.
Pehme mallimismeetod
Pehme mallide loomine kasutab molekulidevahelisi või intramolekulaarseid interaktsioone (nt vesiniksidemeid ja elektrostaatilisi jõude), et moodustada reaktsiooni käigus spetsiifiliste struktuuriomadustega agregaate (vedelkristallid, vesiikulid, mitsellid, mikroemulsioonid, ise kokkupandavad kiled jne). Reagendid kasutavad neid agregaate mallidena määratletud morfoloogia ja struktuuriga osakeste genereerimiseks. Tavaliselt kasutatavate pehmete mallide hulka kuuluvad plokk-kopolümeerid, polümeerid, pindaktiivsed ained, kompleksimoodustajad ja mullid. Võrreldes kõva malliga, on pehme mallide meetod malli eemaldamisel lihtsam ja otsesem ning pakub suuremat valikut mallitüüpe.
Nende meetodite hulgas toodab sadestamismeetod madala hinnaga poorset alumiiniumoksiidi, kuid selle pooride suurust ja jaotumist on raske kontrollida, piirates seega selle kasutamist poorse alumiiniumoksiidi valmistamiseks, millel on teatud pooride suurus ja jaotus. Hüdrotermilist meetodit on lihtne kasutada, see nõuab lühikest reaktsiooniaega ning pakub häälestatavat pooride suurust ja jaotust, kuid selle puuduste hulka kuuluvad raskused toote morfoloogia kontrollimisel ja vajadus kõrgrõhutingimuste järele. Sool-geeli meetod annab poorse alumiiniumoksiidi, mille pooride suurus ja jaotus on häälestatav, suur eripind ja suur poorsus, kuid selle valmistamisprotsess on suhteliselt tülikas ja nõuab pikki reaktsiooniaegu. Kõva mallimismeetod pakub kontrollitavat pooride suurust ja toote jaotust, kuid selle puudused hõlmavad malli eemaldamise etappide vajadust ja malli materjalide ringlussevõtu raskusi. Pehme mallimismeetod annab poorse alumiiniumoksiidi, millel on suhteliselt korrapärased kristallstruktuurid, omavahel ühendatud poorikanalid, ühtlane seinapaksus, regenereeritavus ja lagundatavus, pooride suuruse ja morfoloogia täpne kontroll ning hea stabiilsus ja reprodutseeritavus, mistõttu sobib see suuremahuliseks tootmiseks.
Alumiiniumoksiidi kristallfaasid
Alumiiniumoksiid on odav ja laialdaselt kasutatav anorgaaniline materjal, millel on keerukad struktuurid ja mitu kristallifaasi, nagu -Al₂O3, -Al₂O3, -Al₂O3, δ-Al₂O₃, θ{4}}Al₃ η-Al₂O₃, κ-Al₂O₃, χ-Al₂O3 ja ρ-Al₂O₃.
Poorne alumiiniumoksiid on suurepärase keemilise ja termilise stabiilsusega anorgaaniline materjal, mis saadakse tavaliselt alumiiniumhüdroksiidi kuumtöötlemisel- teatud temperatuuridel. Selle kristallstruktuur muutub korrapäraselt kuumtöötlemistemperatuuri tõustes ja erinevatel kristallfaasidel on füüsikalis-keemilistes omadustes ja makroskoopilises struktuuris olulisi erinevusi.
-Al₂O₃
-Al₂O₃ on trigonaalse kristallisüsteemiga ja seda tuntakse ka korundina. Sellel on kõrge võreenergia ja see on kõigi alumiiniumoksiidi polümorfide seas kõige stabiilsem faas. Sellest tulenevalt on sellel suurepärased füüsikalis-keemilised omadused, nagu happekindlus, leelisekindlus, kuumakindlus, kõrge kõvadus ja kõrge tugevus, ning seda kasutatakse laialdaselt keraamikas, pinnakaitsekatetes, tulekindlates materjalides, katalüsaatorites ja katalüsaatorikandjates, optilistes materjalides ja muudes valdkondades.
-Al₂O₃
Poorse alumiiniumoksiidi kasutamisel on -Al₂O3 "aktiveeritud alumiiniumoksiidina" kõige laialdasemalt kasutatav faas. Sellel faasil ei ole mitte ainult hästi-arenenud pooride struktuur, hea mehaaniline tugevus ja sobivad happelised kohad, vaid sellel on ka suurepärane peptiseerimisvõime happelistes tingimustes. Seetõttu on see asendamatu sellistes tööstuslikes protsessides nagu nafta rafineerimine ja Fischer-Tropschi süntees, mistõttu on see väga väärtuslik ja kõrge -lisandväärtusega-keemiline põhimaterjal.
Peamise katalüsaatori toena mõjutab -Al₂O3 katalüütilise reaktsiooni jõudlust peamiselt selle struktuuriomaduste kahe aspekti kaudu. Esiteks mõjutab toe ja aktiivsete komponentide vaheline interaktsiooni tugevus otseselt aktiivsete komponentide dispersiooni olekut ja elektroonilist struktuuri pinnal. Teiseks määrab toe enda pooride struktuur reagentide ja toodete massiülekande ja difusiooni efektiivsuse. Need kaks tegurit koos määravad katalüsaatori üldise reaktsioonitõhususe.
ρ-Al₂O₃
ρ-Al₂O₃ võib tänu oma ainulaadsele peaaegu-amorfsele struktuurile toimida nii suure jõudlusega-tulekindlate materjalide põhikomponendina kui ka atsetüleeni selektiivsete hüdrogeenimisreaktsioonide toetajana. See on täiustatud sideaine, mis on välja töötatud viimase kümnendi jooksul ja mida on selle suurepäraste omaduste tõttu laialdaselt kasutatud. Võrreldes puhta kaltsiumaluminaattsemendiga pakub see suurepärast vastupidavust kõrgele-temperatuurile, korrosioonikindlusele ja mahu stabiilsusele, muutes selle viimase hea asendajaks. Kõrgel temperatuuril muutub see -Al₂O₃-ks. ρ-Al₂O₃ lisamine toimib nii sideainena kui ka kõrgekvaliteedilise-tulekindla oksiidina, millel on ilmsed eelised.
δ-Al₂O3
δ-Al₂O₃ on selle ainulaadsete pinnaomaduste tõttu eriline väärtus adsorptsiooni eraldamisel ja katalüsaatori ettevalmistamisel.
κ-Al₂O₃
κ-Al₂O₃ oma peene tera suuruse ja kontsentreeritud pooride suuruse jaotusega on leidnud olulisi rakendusi täiustatud tulekindlates materjalides ja struktuurkeraamikas.
Lisaks kuuluvad siirdealumiiniumoksiidide hulgas η-Al₂O₃ ja -Al₂O₃ mõlemad kuupkristallide süsteemi ja neil on sarnased pooristruktuuri parameetrid, kuid esimesel on Lewise happesaitide pinnatihedus suurem, mis näitab paremat katalüütilist jõudlust happe-katalüütilises reaktsioonis, näiteks metanool-dehüdratatsioonireaktsioonis.