镁铝尖晶石因其高熔点、优异的化学稳定性和热稳定性,被广泛应用于环境催化、石油加工和精细化工领域。作为催化剂或催化剂载体,其高比表面积和小晶粒特性尤为重要。例如,在FCC体系中作为硫转移剂,脱除SO2的活性与其比表面积密切相关。
传统的镁铝尖晶石合成方法,如基于金属氧化物和盐类焙烧的固相反应,存在合成温度高、颗粒易烧结、比表面积低的问题。尽管加入矿化剂、ZnO助剂或烧结助剂AlCl3等,效果并不显著。此外,溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、络合法、沉淀法和金属醇盐的分解等方法,虽可在一定程度上提高比表面积,但存在成本高、能耗大、难以工业化生产等局限性。
本文介绍了一种新颖的合成方法,利用拟薄水铝石和硝酸镁作为铝源和镁源,先制备富镁和富铝的镁铝尖晶石,再用硝酸溶液处理,溶解富余的镁或铝,从而增大尖晶石颗粒间的空隙,最终得到高比表面积的计量比镁铝尖晶石。该方法具有原料成本低、能耗低、操作简单的优点。
1) 制备镁铝尖晶石:将拟薄水铝石与稀盐酸水溶液混合搅拌1小时形成铝溶胶,再加入硝酸镁和去离子水搅拌2小时,经120℃干燥后,在700℃马弗炉中焙烧4小时,研磨粉碎得到富镁或富铝镁铝尖晶石。
2) 硝酸溶液处理:将富镁或富铝镁铝尖晶石与一定浓度的硝酸溶液混合搅拌2小时,过滤、干燥后重复此步骤3次,最后在700℃马弗炉中焙烧2小时,得到高比表面积的产品。
通过XRD谱图分析,发现经硝酸处理后,富镁镁铝尖晶石中游离MgO相消失,尖晶石相特征峰强度显著增强;富铝镁铝尖晶石的尖晶石相峰强度也有所增加,表明经处理后晶粒增大。N2-吸附脱附曲线显示,处理后的尖晶石孔径增大,比表面积显著提高,尤其是富镁和富铝尖晶石的比表面分别增至301.13m²/g和310.95m²/g。
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