Способ получения адсорбента на основе оксида алюминия Советский патент 1992 года по МПК C01F7/02 B01J20/08 

со

с

Изобретение относится к технологии соединений алюминия, преимущественно к способам получения адсорбентов на основе оксида алюминия. Осаждение гидроксида алюминия из раствора соли алюминия и гидроксида аммония в присутствии монтмориллонита, взятого в количестве 20-25 г/100 г адсорбента, промывка, старение с добавлением моноалкилового эфира полиэтиленг- ликоля на основе первичных жирных спиртов, отделение, сушка и термообработка продукта. Это поззоляет в 2,3 раза уменьшить коэффициент механического износа и на 18 - 24% увеличить средний радиус пор 1 з.п ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к технологии соединений алюминия, преимущественно, к способам получения адсообента на основе оксида алюминия.

Известен способ получения механически прочного алюмосиликагеля, включающий осаждение гидрогеля в присутствии порорегулирующих веществ (формиат аммония, полиэтиленгликоль-200, формиат натрия, вторалкилсульфат натрия), отделение осадка, его сушку и прокаливание с последующим прессованием образца при давлении 100-750 МПа.

Исходные адсорбенты до прессования обладают очень высокой пористостью (более 0,85), обусловленной бимодальным распределением пор по размерам с мезопо- пами, имеющими средний радиус 1,8 нм, и макропорами, имеющими средний радиус 180 нм. Механическая прочность спрессованных образцов обусловлена их пластическим течением при сжатии, я понижение

величины пористости при этом до 0,40 - потерей межчастичной пористости и разрушением структуры макропор и крупных ме- зопор. Наибольшую механическую остаточную прочность, т.е. сохранившуюся пористость образца после разрушения его пористой структуры в результате прессования, имеет алюмосиликагель, полученный в присутствии формиата и обладающий оптимальными свойствами по распределению пор. Пористость алюмосиликагеля в результате разрушения макропор понижается от 0,86 до 0,65 после прессования при давлении 200 МПа и до 0,50 при давлении 670 МПа. Недостатком этого способа является его сложность, уменьшение пористости и разрушение специфической пористой rrnvKTVDbi образцов при прессовании.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения оксида алюминия включающий осаждение гидроксида алюминия из растворов соли алюминия и гидром

N О СО

00

ксида аммония при рН 7,5, его старение в присутствии моноалкилового эфира полиэтилен гликоля на основе первичных жирных спиртов (препарат ОС-20), взятого в количестве до 1,0 мас.%, с последующей формовкой отделенного гидрогеля, его сушкой и прокаливанием при 550 - 600°С в токе воздуха. Сорбционный объем и средний радиус пор полученного оксида алюминия составляют 0,59 см /г и 5,4 нм соответственно, а величина механической прочности, характеризуемая антибатно связанным с ней индексом механического износа k, равна 93%.

Недостатком данного способа является низкая механическая прочность оксида алюминия.

Цель изобретения - повышение качества продукта за счет увеличения механической прочности и среднего радиуса пор.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему осаждение гидроксида алюминия из растворов соли алюминия и гидроксида аммония, промывку, старение в присутствии моноалкилового эфира полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов, отделение, сушку и термообработку продукта, осаждение и старение гидроксида алюминия ведут в присутствии монтмориллонита, взятого в количестве 20-25 г/100 г адсорбента.

Моноалкиловый эфир полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов является неионогенным поверхностно-активным веществом, имеет техническое название Препарат ОС-20 и соответствует химической формуле СпН2пнО(С2Н40)тН, где п 18, т 20.

Монтмориллонит - слоистый силикат с расширяющейся структурной ячейкой, является породообразующим минералом бентонитовых глин. В способе используется фракция асканского бентонита с размером частиц меньше 10 м, выделенная путем седиментации в дистиллированной воде. Применяемый монтмориллонит не является коагулянтом, а действует как коллоидный агент, т.е. изменяет характер связи и прочность формируемой пространственной структуры рыхлой матрицы - гидрогеля оксида алюминия, уменьшает в ней внутренние напряжения при дегидратации и улучшает прочностные характеристики конечного продукта. Наблюдаемые стабилизация сорбционного объема и увеличение среднего радиуса пор обусловлены адсорбцией поверхностно-активного вещества на поверхности частиц гидрогеля. Одновременно в присутствии моноалкилового эфира полиэтиленгликоля понижается поверхностное натяжение воды и устраняется процесс усадки гидрогеля при удалении из него жидкой фазы во время сушки.

Пример1.В емкость, снабженную

мешалкой и электродами иономера универсального ЭВ-74, вносят 100 мл водной суспензии монтмориллонита, содержащей 1,06 г монтмориллонита, что соответствует конечному соотношению 5,0 г/100 г адсорбен0 та при практически полном выходе гидроксида и оксида алюминия (99,9%). К этой суспензии добавляют раствор соли хлорида алюминия, содержащий 94,71 г гексагидрата хлорида алюминия в 328,4 мл

5 дистиллированной воды, и раствор гидроксида алюминия, приготовленный растворением 250 мл концентрированного гидроксида аммония в 250 мл дистиллированной воды. Скорость подачи раствора

0 хлорида алюминия 10 мл/мин, а скорость подачи гидроксида аммония регулируют таким образом, чтобы поддержать рН энергично перемешиваемой реакционной смеси постоянным и равным 7,5. После добавле5 ния всего объема раствора соли осадок выдерживают 2,0 ч и промывают, декантируя, до полного отсутствия анионов СГ в промывной жидкости. Отделенный осадок выдерживают в 4000 мл водного раствора,

0 содержащего 40,0 г препарата ОС-20, в течение 16 ч. Затем осадок отделяют фильтрацией, гранулируют методом экструзии, высушивают до состояния ксерогеля при комнатной температуре в течение 4 сут и

5 прокаливают на воздухе при 650°С в течение 2 ч. Индекс механического износа k, средний радиус пор гэф, сорбционный объем пор Vs полученного продукта 84%, 6,1 нм, 0,59 соответственно.

0П р и м е р ы 2 - 8. Процесс ведут

аналогично примеру 1. Условия и полученные результаты вместе с данными, относящимися к способу-прототипу,приведены в таблице.

5Из таблицы видно, что при концентрации монтмориллонита 5,0 - 40,0 г/100 г адсорбента сорбционный объем конечного продукта составляет 0,45 - 0,60 см3/г, средний радиус пор 4,0 - 6,7 нм, а индекс меха0 нического износа 40 -- 92 %. По сравнению с образцом прототипа прочность адсорбента, модифицированного 20,0 г монтмориллонита/100 г адсорбента, возрастает в 2,3 раза, средний радиус пор - в 1,2 раза, сорбцион5 ный объем пор практически не изменяется. При увеличении содержания монтмориллонита более 25.0 г/100 г адсорбент а образцы сохраняют механическую прочность примерно на одинако зом уровне, т.е. около 40% механического износа лднако значения 7Эф

и Vs падают. Уменьшение содержания монтмориллонита менее 20,0 г/100 г адсорбента приводит к резкому снижению механической прочности образцов.

Таким образом, концентрация монтмориллонита 20 - 25 г/100 г адсорбента способствует получению качественного продукта, обладающего оптимальным сочетанием параметров пористой структуры и механической прочности. Используя добавку монтмориллонита к гидроксиду алюминия и устраняя процесс усадки гидрогеля при удалении жидкой фазы и на стадии созревания в присутствии поверхностно-активного вещества препарата ОС-20, можно получить адсорбент с большими мезопорами, но с достаточно прочной и жесткой структурой. При увеличении содержания монтмориллонита выше оптимального значения гидроксид алюминия не только осаждается в виде плотного цемента на находящихся в растворе частицах силиката, но и может входить в зазоры между ними, приводя к возрастанию общей плотности упаковки, уменьшению сорбцион- ного объема пор, изменению формы изотерм адсорбции паров и формы пор, потере индивидуальности оксида алюминия и появлению нежелательной кислотности поверхности.

Образец, приготовленный по предлагаемому способу, обладает по сравнению с образцом прототипа оптимальным сочетанием прочностных и сорбционных характеристик, что положительно влияет на эксплуатационные свойства материала. Обычно прочностные свойства аморфного гидроксида алюминия довольно уязвимы из-за значительных внутренних напряжений при дегидратации гидрогеля в процессе высушивания, что отрицательно влияет на механическую прочность и эффективность использования адсорбента при различных

условиях, ограничивая возможности его применения. Сохранение адсорбционной способности в области высоких концентраций адсорбата при одновременном увеличении прочности адсорбента, полученного по

предлагаемому способу, обеспечивает возможность проведения адсорбционных и каталитических процессов с более высокой эффективностью при длительной работе, а увеличение в 1,2 раза среднего радиуса пор

позволяет получить катализаторы, селективные к размеру и форме реагирующих молекул, и свести к минимуму диффузионные ограничения при проведении быстрых реакций с участием больших молекул или в жидкой фазе.

Формула изобретения 1. Способ получения адсорбента на основе оксида алюминия, включащий осаждение гидроксида алюминия из раствора соли

алюминия и гидроксида аммония, промывку, старение в присутствии моноалкилового эфира полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов, отделение, сушку и термообработку продукта, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения качества продукта за счет увеличения механической прочности и среднего радиуса пор, осаждение и старение гидроксида алюминия ведут в присутствии монтмориллонита.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что монтмориллонит берут в количестве 20 - 25 г на 100 г адсорбента.