Alumina teraktif ( -Al₂O₃), sebagai sokongan pemangkin, digunakan secara meluas dalam penapisan petroleum, industri kimia arang batu dan bidang lain. Dengan peningkatan aliran minyak mentah-yang lebih berat dan lebih rendah kualiti, permintaan untuk sokongan dengan struktur berliang makro dan mesoporus menjadi lebih mendesak untuk meningkatkan kecekapan pemindahan jisim dan resapan molekul besar. Pengacuan penyemperitan adalah salah satu kaedah yang paling biasa untuk membentuk sokongan alumina diaktifkan, dan struktur liangnya dipengaruhi oleh pelbagai faktor seperti sifat serbuk, bahan tambahan membentuk, dan parameter proses penyemperitan. Mengawal struktur liang dengan berkesan semasa proses pembentukan telah menjadi tempat tumpuan penyelidikan.
Faktor Utama Yang Mempengaruhi Struktur Liang
01 Sifat Serbuk Alumina
Morfologi, saiz dan taburan zarah, struktur liang, dan luas permukaan spesifik serbuk alumina dengan ketara mempengaruhi pengacuan penyemperitan dan sifat fizikokimia sokongan. Antaranya, morfologi dan saiz zarah mencerminkan kebolehliran dan kebolehmampatan serbuk.
Morfologi: Serbuk sfera sfera atau berongga mempamerkan kebolehliliran yang baik, mudah dicampur secara seragam dengan bahan tambahan, dan menghasilkan penyokong dengan taburan saiz liang pekat dan keliangan yang tinggi. Sebaliknya, serbuk tidak sekata seperti zarah berbentuk-seperti jarum atau serpihan-menyebabkan pencampuran longgar, pengacuan sukar dan pengedaran saiz liang meresap.
Saiz Zarah: Saiz zarah yang lebih kecil meningkatkan titik sentuhan antara zarah, membawa kepada ketumpatan pembungkusan yang lebih tinggi dan kekuatan mekanikal sokongan yang lebih baik. Walau bagaimanapun, menghasilkan alumina dengan zarah yang terlalu halus adalah mencabar industri. Pengagihan saiz zarah juga mempengaruhi pembungkusan serbuk dan kebolehmampatan.
02 Membentuk Aditif
(1) Air-kepada-Nisbah Serbuk
Oleh kerana serbuk alumina kering tidak mempunyai keplastikan, jumlah air yang sesuai ditambah semasa penyemperitan untuk mengikat zarah serbuk ke dalam pes plastik. Air juga memberikan kesan peptisan ringan, meningkatkan daya ikatan dengan ketara antara zarah alumina yang dibasahi dan dengan itu meningkatkan kekuatan mekanikal sokongan. Nisbah air-kepada-serbuk (nisbah jisim air kepada serbuk mentah) mempengaruhi keplastikan tampal, tekanan penyemperitan dan sifat sokongan. Nisbah yang terlalu rendah menyebabkan tekanan penyemperitan tinggi, permukaan kasar, kekuatan rendah dan isipadu liang kecil. Nisbah yang terlalu tinggi membawa kepada melekat rod, ubah bentuk badan hijau, dan mengurangkan luas permukaan tertentu. Nisbah air-kepada-serbuk yang sesuai memastikan penyemperitan lancar dan kestabilan struktur, manakala nisbah yang terlalu tinggi juga meningkatkan kos pengeringan.
(2) Agen Peptizing
Agen peptisan termasuk asid organik dan bukan organik. Asid organik biasa ialah asid formik, asid asetik, asid sitrik, asid malonik, dan asid oksalik. Asid bukan organik biasa termasuk asid nitrik, asid hidroklorik, dan asid fosforik. Untuk pengacuan penyemperitan sokongan mangkin alumina, asid nitrik adalah agen peptizing yang paling biasa digunakan kerana keupayaan peptizing yang kuat. Menambah jumlah yang sesuai meningkatkan kekuatan mekanikal dan menumpukan taburan saiz liang; penambahan yang berlebihan mengganggu pembungkusan zarah, meningkatkan mikropori, dan mengurangkan kekuatan.
(3) Liang{1}}Agen Pembentuk
Pemangkin keretakan pemangkin hidro dan cecair memerlukan sokongan dengan isipadu liang yang besar. Oleh itu, agen pembentuk liang-diperkenalkan ke dalam formulasi untuk melaraskan volum liang dan taburan saiz liang. Ejen pembentuk liang-liang yang biasa digunakan untuk sokongan mangkin alumina tersemperit termasuk-kanji larut air, polietilena glikol, natrium poliakrilat, poliakrilamida, serbuk karbon dan polivinil alkohol. Ia boleh dikelaskan kepada agen pembentuk-liang fizikal dan kimia.
Ejen pembentuk liang fizikal-(cth, kanji, karbon hitam, karbon teraktif atau polimer organik) terurai menjadi gas semasa pengkalsinan, terlepas dan meninggalkan makropori.
Ejen pembentuk liang kimia-(biasanya{1}}garam tak organik larut air seperti fosforus, silikon atau sebatian boron) mengubah saiz zarah dan keadaan serakan serbuk alumina, membentuk zarah sekunder yang lebih besar yang meningkatkan lompang antara zarah, dengan itu membesarkan saiz liang.
Penggunaan gabungan kedua-dua jenis agen pembentuk liang-boleh menghasilkan kesan sinergi, mengurangkan jumlah yang diperlukan dan mengelakkan pengedaran saiz liang meresap dan kehilangan kekuatan.
(4) Pelincir dan Pelastik
Pelincir (cth, serbuk fenugreek, gliserin) mengurangkan rintangan geseran, meningkatkan kelajuan penyemperitan dan kualiti permukaan. Pengplastis (cth, polivinil alkohol, derivatif selulosa) meningkatkan keplastikan dan kebolehbentukan pes; kumpulan hidroksil mereka boleh membentuk ikatan hidrogen dengan kumpulan hidroksil aluminium, menguatkan ikatan.
03 Parameter Proses Penyemperitan
Proses penyemperitan memberi kesan ketara kepada proses pengacuan dan sifat fizikokimia sokongan. Pengacuan penyemperitan termasuk dua peringkat: menguli (memikirkan) dan penyemperitan. Mula-mula, serbuk pseudo-boehmite, air dan pengikat diuli dengan teliti. Kemudian, pes basah homogen dimasukkan ke dalam penyemperit dengan plat mati berbilang-di mana ia dipaksa melalui lubang cetakan melalui penyemperitan skru untuk membentuk badan berbentuk (cth, silinder, gelang, trilobe, empat lobus, rama-rama, sarang lebah). Ini kemudiannya dikeringkan dan dikalsinkan untuk mendapatkan sokongan alumina akhir.
(1) Proses Menguli (Mulling).
Masa menguli menjejaskan kehomogenan pes dan struktur liang. Masa yang terlalu singkat membawa kepada pencampuran yang tidak sekata, pengacuan yang sukar dan kekuatan yang rendah. Menguli yang berpanjangan menyebabkan makropori runtuh menjadi liang yang lebih kecil, mengecilkan taburan saiz liang, dan meningkatkan kekuatan. Walau bagaimanapun, menguli yang terlalu lama menjadikan pes sukar diekstrusi, dan kekuatan mekanikal tidak lagi bertambah baik. Selain itu, penuaan pes yang diuli untuk satu tempoh meningkatkan kekuatan mekanikal sokongan.
(2) Proses Penyemperitan
Kelajuan penyemperitan, tekanan, suhu, dsb., mempengaruhi kualiti badan hijau dan menyokong struktur liang. Penyemperitan terlalu perlahan membawa kepada ubah bentuk dan buih dalam badan hijau; penyemperitan terlalu cepat menyebabkan lubang jarum atau kecacatan lain. Penggunaan air penyejuk yang beredar mengawal suhu penyemperitan, menghalang penyejatan air, dan mengekalkan keplastikan. Tekanan penyemperitan adalah berkaitan secara linear dengan nisbah air-ke-serbuk dan merupakan parameter utama untuk melaraskan ketumpatan badan hijau. Setelah rumusan dan proses menguli ditentukan, proses penyemperitan adalah langkah kritikal dalam membentuk penyokong mangkin alumina. Tiga keperluan khusus ialah: (1) memastikan sifat fizikokimia sokongan tersemperit memenuhi keperluan aplikasi; (2) meminimumkan haus pada peralatan penyemperitan; (3) meminimumkan kos penyemperitan.
Kaedah Biasa untuk Kawalan Struktur Liang
01-Kaedah Pensinteran Suhu Rendah
Menambah-bahan bantu pensinteran suhu rendah (cth, sebatian khusus) menggalakkan pemeluwapan kumpulan hidroksil permukaan pada zarah alumina pada suhu yang lebih rendah, melaraskan isipadu liang dan saiz liang dengan berkesan. Mekanisme pembesaran liang-adalah seperti berikut: heteroatom daripada bantuan pensinteran dimasukkan ke dalam rangkaian ikatan Al–O, mengganggu ikatan Al–O yang saling bersambung, mengurangkan tegangan permukaan serbuk alumina dan menyebabkan dinding liang roboh semasa pengkalsinan, yang meningkatkan saiz liang. Selain itu, pemejalwapan separa atau penguraian bantuan pensinteran pada suhu tertentu meningkatkan isipadu liang sokongan -Al₂O₃. Kaedah ini adalah arah penting untuk pembesaran liang.
02 Kaedah Penyerakan Alumina
Kaedah penyebaran alumina agak mudah: mencampurkan prekursor alumina dengan ciri penyebaran yang berbeza untuk menyesuaikan struktur liang sokongan. Prinsipnya ialah pseudo-boehmite prekursor dengan sifat serakan yang berbeza, disebabkan saiz zarahnya yang berbeza, mengubah keadaan pembungkusan asal zarah selepas bercampur. Zarah halus boleh memberikan luas permukaan spesifik yang tinggi, manakala zarah kasar menyumbang kepada saiz liang yang lebih besar. Oleh itu, struktur liang yang sesuai boleh diperolehi, mencapai kawalan struktur liang yang berkesan.