原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化和石油產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴格化將是石化行業(yè)一直面對的問題，欲解決該問題在很大程度上將依賴于高性能催化劑的開發(fā)，而催化劑的性能又與載體的性能密不可分，載體孔結(jié)構(gòu)與其表面特性對催化劑的反應(yīng)性能有著重要的影響。近年來，研究者通過改善載體來提高催化劑的活性。以氧化鈦為載體的催化劑具有活性高、選擇性好、抗中毒性強等優(yōu)點。但是，與氧化鋁載體相比，氧化鈦具有比表面積小、孔容小、顆粒易于團聚和長大等缺點。而鈦鋁復(fù)合氧化物能有效克服上述缺點，且保持氧化鈦的金屬-載體強相互作用，從而降低活性組分與載體的相互作用，顯著改進催化劑的活性和選擇性[1]。本文以偏鋁酸鈉和硫酸氧鈦為原料，采用共沉淀法制備了不同鈦含量的鈦鋁靶材復(fù)合氧化物。
1、實驗部分
1.1鈦鋁復(fù)合氧化物制備
將一定量去離子水和烏洛托品加入反應(yīng)罐中，升溫到80℃，在快速攪拌條件下并流加入一定濃度的硫酸氧鈦溶液和偏鋁酸鈉溶液，保持體系pH為7。反應(yīng)結(jié)束后升溫到90℃，老化2h。將漿液抽濾、洗滌，得到鈦鋁復(fù)合氧化物載體。
1.2載體表征
用D/MAX1200型X射線衍射儀對鈦鋁復(fù)合氧化物的物相進行表征。用ASAP2020C型全自動物理化學分析儀測定鈦鋁復(fù)合氧化物的N2吸附-脫附曲線，利用BET氮氣吸附測定樣品的比表面積，利用BJH法測定樣品的孔體積和介孔孔徑分布。用Quanta200F型場發(fā)射掃描電鏡觀察鈦鋁復(fù)合氧化物的形貌。用Magna-IR560ESP型紅外光譜儀，采用吡啶吸附紅外光譜法測定鈦鋁復(fù)合氧化物的酸類型及酸量。用Autochemn2920c型化學吸附儀對鈦鋁復(fù)合氧化物的酸強度進行表征。用ZSXPrimusII型全自動掃描X射線熒光光譜儀對鈦鋁復(fù)合氧化物的各組分含量進行測定。用TGA/DSC1型熱重分析儀對鈦鋁復(fù)合氧化物進行熱重分析。
2、結(jié)果與討論
2.1 鈦鋁復(fù)合氧化物物理性質(zhì)
鈦鋁復(fù)合氧化物物理性質(zhì)見表1。不同鈦含量鈦鋁復(fù)合氧化物都具有較大的比表面積和孔道結(jié)構(gòu)，孔容和孔徑隨著鈦含量增加先增大后減小。鈦鋁復(fù)合氧化物優(yōu)良的表面和孔結(jié)構(gòu)對于活性組分的負載具有促進作用，能顯著提高催化劑整體活性。
2.2 鈦鋁復(fù)合氧化物晶相分析
圖1為不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物在120℃干燥(a)和750℃焙燒(b)樣品XRD譜圖。從圖1a看出，鈦鋁復(fù)合氧化物在120℃干燥樣品均在2θ為14、28、38、49°出現(xiàn)擬薄水鋁石特征衍射峰。從圖1b看出，鈦鋁復(fù)合氧化物在750℃焙燒樣品均出現(xiàn)銳鈦礦晶相，且擬薄水鋁石轉(zhuǎn)化為y-Al2O3,說明鈦對氧化鋁的晶體結(jié)構(gòu)沒有明顯的影響。
圖2為TiO2質(zhì)量分數(shù)為29.2%的鈦鋁復(fù)合氧化物在不同溫度下焙燒樣品XRD譜圖。焙燒溫度為350℃時出現(xiàn)TiO2銳鈦礦晶相，且擬薄水鋁石轉(zhuǎn)化為y-Al2O3;直到焙燒溫度提高到850℃，TiO2仍為銳鈦礦晶相;進一步提高焙燒溫度到950℃，TiO2中出現(xiàn)金紅石晶相，且金紅石晶相占主導(dǎo)，同時y-Al2O3部分轉(zhuǎn)變?yōu)槠?人12O3。韋以等咱2暫采用共沉淀法制備Al2O3-TiO2復(fù)合氧化物，溫度升至800℃時就出現(xiàn)金紅石型。從圖2看出，TiO2中氧化鋁的存在升高了TiO2的晶格轉(zhuǎn)變溫度，從而提高了TiO2的熱穩(wěn)定
性，這與下面的TG表征結(jié)果一致。
2.3 鈦鋁復(fù)合氧化物熱重分析
圖3為不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物TG曲線。從圖3看出，不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物在30~200℃和300~500℃均出現(xiàn)明顯的質(zhì)量損失臺階，對應(yīng)鈦鋁復(fù)合氧化物表面及孔道內(nèi)吸附水的脫除和擬薄水鋁石脫一水峰，這時擬薄水鋁石發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為Y-Al2O3。從圖3還可以看出，隨著鈦含量增加，鈦鋁復(fù)合氧化物的質(zhì)量損失降低。
2.4 鈦鋁復(fù)合氧化物酸性
圖4為不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物NH3-TPD脫附圖。從圖4看出，隨著鈦含量提高，弱酸量變化不大，中強酸量逐漸減少，當鈦質(zhì)量分數(shù)增加至55.8%時，基本沒有中強酸。
圖5為不同鈦含量鈦鋁復(fù)合氧化物FT-IR圖。不同鈦含量鈦鋁復(fù)合氧化物在1400~1650cm-1吸收光譜的形狀和譜帶位置是相同的，只是峰的大小不同，這是由于不同鈦含量鈦鋁復(fù)合氧化物表面酸性大小不同導(dǎo)致的。不同鈦含量鈦鋁復(fù)合氧化物在1540cm-1附近都沒有出現(xiàn)紅外吸收譜帶，說明在鈦鋁復(fù)合氧化物表面沒有B酸中心，這與文獻報道一致;在1450cm-1附近都出現(xiàn)紅外吸收譜帶，說明鈦鋁復(fù)合氧化物表面存在L酸中心，且隨著鈦含量增加L酸量減少，這與TPD表征結(jié)果一致[2,9]。
2.5 鈦鋁復(fù)合氧化物形貌
為更直觀地觀察不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物的形貌和氧化物顆粒的大小及分散情況，對樣品進行SEM表征，結(jié)果見圖6。從圖6看出，由于樣品的鈦含量不同，其微觀結(jié)構(gòu)也有一定的差異。TiO2質(zhì)量分數(shù)為16.0%的樣品具有較大的孔道，結(jié)構(gòu)較為疏松曰隨著鈦含量繼續(xù)增加，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得越來越緊實。這與BET表征結(jié)果一致[10]。
3、結(jié)論
1）鈦鋁復(fù)合氧化物具有較大的比表面積和孔容;2）不同鈦含量的鈦鋁復(fù)合氧化物均只有L酸，并且隨著鈦含量增加酸量逐漸減少，酸強度逐漸降低;3)氧化鋁的存在提高了二氧化鈦的晶型轉(zhuǎn)變溫度，從而提高了二氧化鈦的熱穩(wěn)定性。
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收稿日期:2017-09-27
作者簡介:謝獻娜(1986—)，女，碩士，工程師，從事無機催化材料的研究開發(fā)，在SCI發(fā)表論文1篇，在核心期刊發(fā)表論文1篇。
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