制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法与流程

本公开涉及一种制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法。定义除非上下文另有说明，否则本公开中使用的以下术语通常旨在具有下文所述的含义。磨损指数：术语“磨损指数”是指在催化转化过程或测试单元中使用的过程中，由于颗粒的物理磨耗、磨损和/或研磨而从二氧化硅-氧化铝材料/催化剂形成的细粉的量。较低的磨损指数(< 10)意味着该材料具有高耐磨损性。催化剂/材料的磨损指数通过 astmd5757 /喷射杯法(jet cup method)测量。溶胶(sol)：术语“溶胶”是指胶体溶液的液态。凝胶(gel)：术语“凝胶”是指胶体溶液的固态或半固态。

背景技术：

1、下文的背景信息与本公开相关，但不一定是现有技术。

2、二氧化硅-氧化铝材料(sam)在炼油和化学工业中被用作载体和催化剂材料。具有理想的高孔体积、大表面积和孔径的二氧化硅-氧化铝材料是该材料的重要特征。此外，sam是相对稳定的材料，且具有可调节的形状和孔隙率。虽然它们的布朗斯特酸位点(bronstedacid sites)和催化活性无疑低于沸石，但其结焦倾向也较低，这使得它们在某些应用中更为优选。此外，这些材料对金属和阳离子中心表现出可调控的特性，使其成为极其重要且通用的催化载体。由于表面酸位点和局部化结构，具有大孔体积的二氧化硅-氧化铝材料在具有工业意义的方法中得到了应用。高孔体积材料可以容纳更高含量的活性金属组分，这促进了其在煤和生物质催化气化中的应用。

3、在已知方法中，含钠二氧化硅源被用于制造高孔体积二氧化硅-氧化铝材料。已知方法利用昂贵的有机铝和二氧化硅源作为其金属醇盐。由于钠的存在以及有机二氧化硅源和氧化铝源的高成本，其合成变得复杂。此外，去除二氧化硅-氧化铝混合物中存在的盐是一个具有挑战性的过程。

4、二氧化硅-氧化铝材料的磨损指数、粒径和堆积密度是其应用于煤和生物质气化的流化催化工艺的重要特征。因此，具有前述性质的、用于各种工业催化应用的二氧化硅-氧化铝材料的制备是合乎需要的。

5、因此，需要提供一种制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法，以减轻上述缺点或至少提供一种替代方案。

6、发明目的

7、本公开的一些目的(本文中的至少一个实施方案满足这些目的)如下：

8、本公开的一个目的是改善背景技术中的一个或多个问题，或至少提供一个有用的替代方案。

9、本公开的另一个目的是提供一种制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法。

10、本公开的再另一个目的是通过对二氧化硅和氧化铝凝胶或溶胶进行水热处理，使用无钠二氧化硅源和氧化铝源提供高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体。

11、本公开的再一个目的是提供一种简单、可持续且经济的制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法。

12、本公开的其他目的和优点将从以下描述中变得更加显而易见，该描述并不旨在限制本公开的范围。

13、发明概述

14、本公开涉及一种制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法。在本公开的实施方案中，制备耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料的方法包括通过使用酸对胶体二氧化硅颗粒进行酸化以获得具有预定ph值的酸化二氧化硅来制备高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体。通过在20℃至40℃范围内的温度下搅拌将铝前驱体溶解在水中来单独制备铝前驱体溶液。在搅拌下将获得的铝前驱体溶液添加到酸化二氧化硅中以获得二氧化硅-氧化铝溶胶。向二氧化硅-氧化铝溶胶中添加至少一种碱，使ph值达到7至8的范围，以获得凝胶。在高压釜中将获得的凝胶在第一预定温度下水热加热第一预定时间段，以获得经加热的凝胶。将经加热的凝胶冷却至25℃至40℃范围内的温度，随后进行过滤以获得固体，并用ph值在7至9范围内的氨水溶液洗涤所述固体，以获得高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体的湿滤饼。任选地将湿滤饼在第二预定温度下干燥第二预定时间段，随后在第三预定温度下煅烧第三预定时间段，以获得高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体。此外，在25℃至40℃范围内的温度下，将高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体的湿滤饼或高孔体积二氧化硅-氧化铝前驱体与至少一种粘合剂、至少一种稳定剂和水混合以获得浆料。将浆料在第四预定温度下喷雾干燥第四预定时间段，以获得微球形式的经喷雾干燥的材料。将获得的经喷雾干燥的材料在第五预定温度下以预定的升温速率煅烧第五预定时间段，以获得耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料。

15、根据本公开的实施方案，所述酸是选自硝酸、硫酸、甲酸和乙酸的至少一种。

16、根据本公开的实施方案，所述酸是浓度为65%及以上的浓酸。

17、根据本公开的实施方案，酸化二氧化硅的预定ph值在2.5至4范围内。

18、根据本公开的实施方案，胶体二氧化硅优选为无钠二氧化硅。根据本公开的一个实施方案，胶体二氧化硅的粒径在10 nm至20 nm范围内。

19、根据本公开的实施方案，铝前驱体是选自硝酸铝、硫酸铝、乙酸铝、甲酸铝、氯化铝、氧化铝、羟基氧化铝和三氢氧化铝的至少一种。

20、根据本公开的实施方案，在水热加热之前向凝胶中添加非离子表面活性剂。所述非离子表面活性剂是聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物(pluronic p123)。

21、根据本公开的实施方案，所述碱选自氨水溶液和有机胺。

22、根据本公开的实施方案，第一预定温度在150℃至200℃范围内。

23、根据本公开的实施方案，第一预定时间段在20小时至30小时范围内。

24、根据本公开的实施方案，第二预定温度在100℃至150℃范围内。

25、根据本公开的实施方案，第二预定时间段在6小时至24小时范围内。

26、根据本公开的实施方案，第三预定温度在500℃至700℃范围内。

27、根据本公开的实施方案，第三预定时间段在1小时至5小时范围内。

28、根据本公开的实施方案，粘合剂选自反应性胶体二氧化硅和拟薄水铝石型氧化铝。

29、根据本公开的实施方案，稳定剂选自尿素、碳酸铵、碳酸氢铵、六偏磷酸钠、聚羧酸醚、柠檬酸、草酸、聚丙烯酸的铵盐、聚二烯丙基二甲基氯化铵、六亚甲基四胺(hmta)、乙二胺四乙酸(edta)、聚丙烯酰胺以及它们的衍生物。

30、根据本公开的实施方案，表面活性剂选自辛基苯酚环氧乙烷缩合物、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇和聚丙二醇的嵌段共聚物(pluronic p123嵌段共聚物)以及辛基苯酚乙氧基化物。

31、根据本公开的实施方案，浆料的固体含量在10质量%至30质量%范围内，且浆料的水分含量在70质量%至90质量%范围内。

32、根据本公开的实施方案，第四预定温度在150℃至450℃范围内；且第四预定时间段在15分钟至60分钟范围内。

33、根据本公开的实施方案，通过使用具有在350℃至450℃范围内的入口温度和在150℃至200℃范围内的出口温度的喷雾干燥机来进行喷雾干燥。

34、根据本公开的实施方案，第五预定温度在500℃至700℃范围内，且第五预定时间段在1小时至5小时范围内。

35、根据本公开的实施方案，预定升温速率在1℃/min至5℃/min范围内。

36、本公开还提供了一种耐磨损高孔体积二氧化硅-氧化铝材料，其特征在于具有小于10%的磨损指数；大于0.7 cc/g的孔体积；以及在100 m2/g至400 m2/g范围内的比表面积。

技术实现思路