今天聊下多品種氧化鋁家族中知名度不太高的材料--擬薄水鋁石(Pseudo-boehmite，簡(jiǎn)稱PB粉，其化學(xué)式為AlOOH·nH?O，n＝0.08～0.62)，也稱假一水軟鋁石，其組成不確定，典型結(jié)構(gòu)為很薄的褶皺片層，晶體粒徑比薄水鋁石小, 含水量比薄水鋁石大, 是一種結(jié)晶度不夠完整的一水軟鋁石, 具有高比表面積、膠溶性好、黏結(jié)性強(qiáng)和孔容大等特點(diǎn), 是一種用途廣泛的化工原料。擬薄水鋁石產(chǎn)品無(wú)味、無(wú)臭，產(chǎn)品通常是白色膠狀（濕品）或粉狀（干品）。

擬薄水鋁石在一定條件下的焙燒產(chǎn)物γ-Al₂O₃在Claus反應(yīng)、催化重整、加氫精制(加氫脫硫、加氫脫氮及加氫脫金屬等)、加氫裂解和汽車尾氣凈化等領(lǐng)域中廣泛用作催化劑載體，也可以直接用作醇類脫水制烯烴的催化劑。擬薄水鋁石遇酸發(fā)生可逆反應(yīng)并產(chǎn)生溶膠現(xiàn)象，利用這種特性可以將其用作粘合劑，例如，用作硅酸鋁耐火纖維的粘結(jié)劑。擬薄水鋁石及其衍生物還可用于制備無(wú)機(jī)膜、生物陶瓷或用做高效無(wú)毒阻燃劑等^[1]。

一、擬薄水鋁石為何與催化劑很般配？

擬薄水鋁石在催化劑制備中具有廣泛用途，主要?dú)w因于其獨(dú)特的物理化學(xué)特性，使其能夠兼作催化劑載體和粘接劑，并有效提升催化劑的性能。

1、結(jié)構(gòu)可控，孔隙率高。擬薄水鋁石的比表面積高、孔徑可調(diào)，可在焙燒后轉(zhuǎn)化為高比表面積的γ-Al₂O₃，同時(shí)，擬薄水鋁石表面富含羥基，有助于活性組分（金屬、金屬氧化物和金屬硫化物等）納米粒子的負(fù)載和分散，保證催化劑的良好分散性和高活性。

2、膠溶性好、黏結(jié)性強(qiáng)。擬薄水鋁石作為催化劑的粘結(jié)劑，既可以保證催化劑成型體的強(qiáng)度，還利于提高催化劑的活性，可適用于擠出、噴霧造粒、壓片、成球等多種成型工藝，能夠制備出球形、柱狀、蜂窩狀等多種形態(tài)的催化劑。

各種形態(tài)的催化劑載體

二、擬薄水鋁石在催化劑行業(yè)的應(yīng)用

①催化劑載體

石油行業(yè)使用的催化裂化(Fluid Catalytic Cracking，F(xiàn)CC)催化劑普遍采用γ-Al₂O₃作為活性載體（基質(zhì)），為重油分子提供擴(kuò)散所需孔道的同時(shí)也提供一定酸性，起到催化作用。固定床渣油加氫催化劑載體也是γ-Al₂O₃，其質(zhì)量占比可達(dá)85%，主要起到分散金屬催化活性中心、提供擴(kuò)散所需孔道及提高催化劑機(jī)械強(qiáng)度等作用。隨著原油資源的重、劣質(zhì)化，重油加工過(guò)程，如固定床渣油加氫、重油催化裂化，對(duì)其催化劑載體均提出了大孔要求以滿足重油大分子在催化劑孔道內(nèi)的傳質(zhì)擴(kuò)散所需，因此，制備適用于重油加工的大孔γ-Al₂O₃載體受到越來(lái)越多的關(guān)注^[2]。

圖片來(lái)源：中國(guó)石油化工

γ-Al₂O₃通常由擬薄水鋁石或薄水鋁石高溫煅燒脫水制得，與薄水鋁石相比，擬薄水鋁石具有較高的比表面積和較大的孔體積^[3]，因而降低了反應(yīng)物在催化劑孔道內(nèi)的擴(kuò)散阻力，提高了活性組分分散度，從而提高催化劑的催化性能。除此以外，擬薄水鋁石膠溶性能強(qiáng)，還可作為粘結(jié)劑增強(qiáng)催化劑的耐磨損性能。因此在石油化工行業(yè)中多采用擬薄水鋁石為前驅(qū)體制備γ-Al₂O₃。γ-Al₂O₃孔結(jié)構(gòu)等物化性質(zhì)很大程度上取決于前驅(qū)物PB，制備大孔γ-Al₂O₃的前提是獲得具有較大孔容和孔分布集中的PB，因此大孔容擬薄水鋁石的制備是重點(diǎn)研究方向。相關(guān)閱讀：大孔擬薄水鋁石的擴(kuò)孔方法有哪些？

目前，工業(yè)上特別是煉化領(lǐng)域，制備擬薄水鋁石多采用沉淀法和醇鋁水解法。沉淀法與醇鋁水解法的對(duì)比如下：

②催化劑粘結(jié)劑   

工業(yè)催化劑組成中除分子篩和活性金屬外, 在成型時(shí)常常加入酸化擬薄水鋁石黏結(jié)劑（膠溶擬薄水鋁石）, 一方面可提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能, 另一方面可作為載體調(diào)變催化劑的孔結(jié)構(gòu)和酸性。在催化劑制備過(guò)程中黏結(jié)劑經(jīng)過(guò)高壓擠出和高溫焙燒, 與分子篩發(fā)生交互作用而影響催化劑活性。

擬薄水鋁石加酸膠溶制備膠溶擬薄水鋁石反應(yīng)過(guò)程可分為4個(gè)步驟：①擬薄水鋁石的膠解。酸鋁比（鹽酸與氧化鋁的質(zhì)量比）在0～0.03之間時(shí)，擬薄水鋁石表面的OH-吸附酸中的H+，形成帶正電荷的膠核，顆粒尺寸急劇下降到3nm 左右，酸鋁比越高，形成的顆粒尺寸越??；②擴(kuò)散雙電層的形成。酸鋁比在0.03～0.04之間時(shí)，膠核在外圍吸附陰離子構(gòu)成雙電層結(jié)構(gòu)，形成帶負(fù)電的膠粒，隨著陰離子的增加，粒子彼此碰撞而聚集，粒徑上升至10nm 左右；③溶膠粒子的穩(wěn)定化。酸鋁比在0.05～0.06之間時(shí)，以酸中的H+為“酸性橋”將多個(gè)擬薄水鋁石顆粒以網(wǎng)狀形式連接在一起而形成溶膠。但酸的加入量不宜過(guò)多，如果酸過(guò)量，H+不再被顆粒表面羥基吸附，直接進(jìn)入到溶劑中，使得溶膠體系的H+濃度顯著增大，溶膠體系開始變得不穩(wěn)定，且易于生成鋁鹽。

③制備γ氧化鋁涂層

在載體上涂覆一層高表面的活性涂層是提高載體（例如用于汽車尾氣催化劑的堇青石蜂窩陶瓷載體）比表面積的常用方法，γ氧化鋁是目前最為常用的涂層材料，具有高的比表面積，有助于活性組分在浸漬過(guò)程中的有效分布，常用的制備γ氧化鋁涂層的前驅(qū)體為AlOOH溶膠，這種鋁溶膠以擬薄水鋁石為原料，通過(guò)酸膠溶的方法制備，工藝簡(jiǎn)單易控，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。

汽車尾氣凈化器結(jié)構(gòu)

蜂窩狀陶瓷載體被普遍用于汽車尾氣催化劑。薄壁、孔徑高的堇青石蜂窩陶瓷載體物理強(qiáng)度大、耐熱性好、耐沖擊，但比表面積普遍較小。因此，為提高比表面積，常把比表面積較大的活性氧化鋁涂覆在這種陶瓷載體上，再將催化劑的活性組分涂覆在活性氧化鋁的表面^[4]。

總結(jié)：擬薄水鋁石是眾多工業(yè)催化劑（如FCC催化劑、加氫催化劑、醇類制烯烴催化劑等）的關(guān)鍵載體，是高效催化劑的“幕后功臣”，是催化劑行業(yè)不可或缺的組成，默默支撐著石油化工、環(huán)境治理、精細(xì)化工等多個(gè)行業(yè)。相比活性氧化鋁、分子篩等催化材料，擬薄水鋁石的知名度不高，但應(yīng)用廣泛、不可替代，是真正的“催化劑界隱形冠軍”。

參考資料：

1、一種擬薄水鋁石的制備方法CN1803621A

2、楊永佳,張新昇,李金,等.大孔擬薄水鋁石和γ-Al2O3載體制備研究進(jìn)展[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào),2021

3、李雪禮,賈石河,曹庚振,等.擬薄水鋁石和薄水鋁石性質(zhì)的差異化研究[J].石化技術(shù)與應(yīng)用,2018

4、王波,王桂林,孫立柱,等.汽車尾氣凈化器中活性氧化鋁涂層性能改進(jìn)綜述[J].河北工業(yè)科技,2017

編輯整理：粉體圈Alpha