1.4.1 Свойства активного оксида алюминия – носителя катализаторов

Исследование оксида алюминия имеет большое значение, потому что он представляет собой многотоннажный продукт химического рынка. Хотя преобладающая часть оксида алюминия потребляется при производстве металлического алюминия, все возрастающее его количество находит применение и в иных областях, например для получения адсорбентов и катализаторов.

Из большого многообразия оксидов, которые могут быть использованы в качестве носителей, оксид алюминия обладает всеми качествами хорошего носителя и на его примере можно рассматривать многие проблемы, возникающие при выборе носителя. Следует отметить некоторые свойства оксида алюминия, его физические и химические характеристики[17-20].Во-первых, его амфотерность: в кислой среде он проявляет основные свойства, а в основной – кислотные, что позволяет наносить каталитически активные компоненты как в виде катионов, так и анионов, а это значительно расширяет возможности синтеза нанесенных катализаторов.

Ценным для носителя качеством является высокая температура плавления оксида алюминия – несколько выше 2300К. Он относится к тугоплавким оксидам, т. е. обладает замечательной способностью стабилизировать мелкодисперсные частицы катализатора и предотвращать их спекание или слипание, являясь как бы термическим стабилизатором катализатора.

Особенностью оксида алюминия является многообразие его модификаций и наличие фазовых переходов между ними в широком интервале температур[17-20]. Эти фазы, которые обычно характеризуются шпинельной структурой, отличаются друг от друга наличием дефектов в кристаллической решетке. Согласно общепринятой классификации различают низкотемпературные оксиды алюминия γ-Al₂O₃, устойчивые до 800С и высокотемпературные, к которым относят продукты терморазложения при температурах 900-1200-1400 С (900-1000 - θ, выше 1100 – α). Роль носителя заключается и в повышении устойчивости метастабильной дисперсии мелких кристаллитов металла на поверхности Al₂O₃ к агломерации и спеканию.

Кроме того, благодаря развитой внутренней пористости и, как правило, наличию пор крупных разновидностей, оксид алюминия облегчает диффузию реагентов и продуктов реакций к каталитическим активным центрам и от них. Это обстоятельство может быть очень важным в случае каталитических реакций, лимитированных диффузией реагентов, т.е. в процессах, идущих с очень большой скоростью[21].

Важным преимуществом оксида алюминия по сравнению с другими носителями является простота формования из него экструзией различных сферических частиц, обладающих хорошей механической прочностью[9,17,18].

Благодаря высокоразвитой и термостойкой поверхности оксид алюминия широко используется в качестве носителя для большого числа металлических катализаторов. Высокая удельная поверхность оксида алюминия обусловлена небольшими размерами кристаллитов. На поверхность, доступную для пропитывающего раствора, выходят катионы кислорода и гидроксильные группы, которые прочно сорбируют многие соли металлов и уменьшают миграцию металла в процессе высушивания[20,22,23].

Выбор оксида алюминия в качестве носителя осуществляется путем подбора оптимальных параметров: текстурных (удельная поверхность, распределение пор), структурных и морфологических (форма и ориентация кристаллов), химических (содержание примесей, сила поверхностных центров), а также размерных и механических.

В заключение можно привести положительные свойства и стороны использования оксида алюминия в качестве собственно носителя или компонента носителей и катализаторов: [17-19].

-оксид алюминия позволяет стабилизировать каталитически активные нанодисперсные частицы и предотвращает их агломерацию;

-за счёт большого количества различных модификаций оксида алюминия возможно регулирование соотношения микропор и переходных пор (величины удельной поверхности), а также развития системы транспортных пор;

-наличие на поверхности кислотных и основных центров расширяет возможности модифицирования и нанесения каталитически активных компонентов;

-развитая внутренняя поверхность оксида алюминия снижает диффузионные сопротивления;

-термическая устойчивость в обычных условиях катализа;

-доступность в больших количествах и умеренная цена.