Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế tạo oxit nhôm hoạt tính chất lượng cao ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu

TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP HOÁ CHẤT VIỆT NAM
VIỆN HOÁ HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT NAM


VIIC

NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO OXIT NHÔM
HOẠT TÍNH CHẤT LƯỢNG CAO ỨNG DỤNG TRONG
CÔNG NGHIỆP LỌC - HÓA DẦU


Thuộc Nhiệm vụ nghiên cứu thường xuyên
Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ lọc-hóa dầu 2009

Chủ nhiệm đề tài : TS. Vũ Thị Thu Hà




8074

HÀ NỘI 4/2010

2
DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA NHIỆM VỤ
STT

Họ và tên Học hàm, học vị
chuyên môn
Cơ quan công tác
1 Vũ Thị Thu Hà TS Viện Hoá học Công nghiệp VN

2 Mai Ngọc Chúc PGS. TS Viện Hoá học Công nghiệp VN
3 Nguyễn Huy Phiêu TS Viện Hoá học Công nghiệp VN
4 Phạm Thế Trinh PGS. TS Viện Hoá học Công nghiệp VN
5 Đỗ Mạnh Hùng KS Viện Hoá học Công nghiệp VN
6 Nguyễn Thị Phương Hòa KS Viện Hoá học Công nghiệp VN
7 Nguyễn Thị Thu Trang ThS Viện Hoá học Công nghiệp VN
8 Tạ Quang Minh ThS Tổng Công ty Dung dịch khoan
và Hóa phẩm Dầu khí
9 Đỗ Thanh Hải NCS Viện Hoá học Công nghiệp VN
10 Vũ Thị Thu Thủy KS Viện Hoá học Công nghiệp VN
11 Nguyễn Mạnh Dương KS Viện Hoá học Công nghiệp VN

3
Lời cám ơn
Nhóm cán bộ thực hiện đề tài xin trân trọng cám ơn Bộ Khoa học và Công
nghệ, Bộ Công Thương đã cấp kinh phí để thực hiện đề tài.
Cám ơn sự hợp tác của Viện Nghiên cứu Quá trình xúc tác và Môi trường
(IRCE Lyon), Cộng hoà Pháp đã giúp thực hiện một số phép phân tích trong
quá trình thực hiện đề tài.
Cám ơn các Phòng nghiệp vụ Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam đã tạo điều
kiện về thủ t
ục hành chính để đề tài được thực hiện.
Xin chân thành cám ơn các hội đồng nghiệm thu đã tham gia phản biện và
đóng góp ý kiến cho đề tài.

4
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 8
PHẦN I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9
I. CƠ SỞ PHÁP LÝ CỦA ĐỀ TÀI 9
II. TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 9
III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 9
IV. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC
10
IV. 1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI 10
IV.1.1 Phân loại nhôm oxit
10
IV.1.2 Cấu trúc của nhôm oxit
13
IV.1.3 Tính axit của nhôm oxit
15
IV.1.4. Bề mặt riêng của nhôm oxit
15
IV.1.5. Cấu trúc xốp của nhôm oxit
16
IV.1.6. Một số ứng dụng củ
a nhôm oxit
16
IV.1.7 Quá trình tổng hợp nhôm oxit
18
V.1.7.1 Tổng hợp nhôm oxit bằng phương pháp kết tủa
18
V.1.7.2 Tổng hợp nhôm oxit bằng phương pháp sol-gel
21

IV.1.8 Phương pháp tạo hạt nhôm oxit
IV.1.8.1 Tạo hạt bằng phương pháp tầng sôi
IV.1.8.2 Tạo hạt bằng phương pháp nhỏ giọt trong dầu
IV.1.8.3 Tạo hạt bằng phương pháp ép đùn
IV.1.8.4 Tạo hạt bằng thiết bị vo viên
22
22
22
23
24
IV.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC
26
V. KẾ
T LUẬN TRÊN CƠ SỞ TỔNG QUAN TÀI LIỆU
29
PHẦN II: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
I. LỰA CHỌN NGUYÊN LIỆU 32
II. NGHIÊN CỨU HOÀN THIỆN QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 33

5
II.1. Nghiên cứu, hoàn thiện qui trình tổng hợp nhôm oxit hoạt
tính chất lượng cao
II.1.1 Qui trình thực nghiệm
II.1.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy
II.1.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng axit hóa
II.1.4 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ nhỏ giọt axit và pH môi trường
II.1.5 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian già hóa
37

37

38
39
40
42
II.2 Nghiên cứu hoàn thiện qui trình tinh chế sản phẩm nhằm
thu được nhôm oxit hoạt tính chất lượng cao
43
II.3 Xác định các đặc trưng tính chất hoá lý của nhôm oxit hoạt
tính
44
II.4 Đánh giá chất lượng sản phẩm 46
III. NGHIÊN CỨU QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ TẠO VIÊN OXIT NHÔM
46
III.1 Qui trình thực nghiệm
46
III.2 Nghiên cứu qui trình peptit hóa
47
III.2.1. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của loại axit đến quá
trình peptit hóa
47
III.2.2. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ đến độ bền
cơ học của viên nhôm oxit
48
III.2.3. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian peptit hóa
đến độ bền cơ của viên nhôm oxit
49
III.2.4.
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tỷ lệ nước/bột nhôm oxit
đến quá trình peptit hóa
50

III.3 Nghiên cứu quá trình tạo hạt
50
III.3.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của các phụ gia
50
III.3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ làm việc của máy
ép đùn, vo viên
51
III.4 Nghiên cứu quá trình xử lý sau tạo hạt
52

6
III.4.1 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ sấy hạt nhôm oxit
52
III.4.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của chế độ nung hạt nhôm
oxit
53
III.5 Xác định các đặc trưng hóa lý của hạt nhôm oxit hoạt tính
54
III.5.1 Xác định độ bền cơ
54
III.5.2 Cấu trúc của mẫu trước và sau quá trình tạo viên
55
III.5.3 Cấu trúc xốp của nhôm oxit hoạt tính trước và sau
quá trình tạo viên
56
III.5.4 Định lượng các tạp chất trong s
ản phẩm
58
III.5.5 Xác định độ bền với hơi nước
59

III.6 Đánh giá chất lượng sản phẩm
60
IV. THỬ NGHIỆM KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG SẢN PHẨM

61
IV.1 Ứng dụng làm chất mang xúc tác chuyển hóa CO với hơi nước
61
IV. 1.1 Điều chế xúc tác Co-Mo/Al
2
O
3

62
IV. 1.2 Thử hoạt tính xúc tác Co-Mo/Al
2
O
3
cho quá trình
chuyển hóa CO với hơi nước
63
IV.2 Ứng dụng làm chất mang xúc tác hydrodesulfua hóa
67
IV.3 Ứng dụng làm chất mang xúc tác trong phản ứng chuyển
hóa khí tổng hợp thành nhiên liệu
68
IV.4 Ứng dụng làm chất mang xúc tác cho quá trình transeste
hóa dầu thực vật
69
IV.5 Ứng dụng nhôm oxit làm chất hấp phụ
71

V. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM 50 kg SẢN PHẨM 72
VI. ĐỀ XUẤT QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ QUI MÔ PILOT 75
VI.1 Đề xuất qui trình tổng hợp nhôm oxit hoạt tính 75
VI.2 Đề
xuất qui trình tạo hạt nhôm oxit hoạt tính 75
VII. SƠ BỘ ĐÁNH GIÁ GIÁ THÀNH SẢN PHẨM 76
VIII. ĐIỀU CHẾ NHÔM OXIT HOẠT TÍNH CÓ DIỆN TÍCH BỀ 77

7
MẶT RIÊNG CAO VỚI CHI PHÍ THẤP
PHẦN IV. KẾT LUẬN 78
KIẾN NGHỊ 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
PHỤ LỤC 89



8
MỞ ĐẦU
Nhôm oxit hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt
trong công nghiệp dầu khí như: sử dụng làm chất hấp phụ trong quá trình chế biến
khí thiên nhiên, chất mang xúc tác hoặc xúc tác trong quá trình chế biến các phân
đoạn dầu mỏ và xúc tác cho phản ứng chuyển hoá hydrocacbon (cracking xúc tác,
reforming, isome hóa, hydrotreating ).
Hiện tại, toàn bộ lượng ôxit nhôm hoạt tính chất lượng cao để phục vụ cho nhu
cầu trong nước phải nhập ngoại hoàn toàn. Về lâu dài, chúng ta cần chủ
động
trong việc cung cấp oxit nhôm hoạt tính làm chất mang, chất xúc tác, chất hấp
phụ để tránh bị phụ thuộc vào các đối tác nước ngoài, giảm ngoại tệ nhập khẩu,
đồng thời làm tăng giá trị nguồn nguyên liệu sẵn có trong nước.

Việc nghiên cứu tổng hợp oxit nhôm hoạt tính đã được thực hiện ở Việt Nam từ
lâu nhưng mới chỉ ở qui mô nhỏ trong phòng thí nghiệm. Hơn nữa, ph
ần lớn các
công trình tập trung nghiên cứu tổng hợp oxit nhôm dạng bột trong khi việc tạo
hạt oxit nhôm ở các hình dạng khác nhau (trụ, cầu) để tăng tính ứng dụng trong
công nghiệp giữ một vai trò rất quan trọng.
Trong thời gian quan, nhóm nghiên cứu của Phòng Thí nghiệm trọng điểm quốc
gia về công nghệ lọc và Hóa dầu – Viện Hóa học công nghiệp Việt Nam đã có
những kết quả đặc biệt về nghiên cứ
u qui trình tổng hợp nhôm oxit hoạt tính
chất lượng cao từ nguồn nhôm trong nước để ứng dụng làm chất mang xúc tác
và chất xúc tác trong lọc hóa dầu. Tiến hành nghiên cứu hoàn thiện qui trình
công nghệ tổng hợp và qui trình tạo hạt oxit nhôm hoạt tính ở qui mô pilot trong
phòng thí nghiệm nhằm làm chủ công nghệ để tiến tới việc triển khai sản xuất,
đáp ứng nhu cầu trong nước, đặc biệt là trong quá trình hấp phụ, lọc hóa dầu là
hết sứ
c cần thiết trong thời điểm này. Đây cũng chính là mục tiêu nghiên cứu
của Nhiệm vụ này.

9
PHẦN I. TỔNG QUAN
I. CƠ SỞ PHÁP LÝ CỦA ĐỀ TÀI
- Hợp đồng Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số
025.09.RD.BS/HĐ-KHCN ngày 30 tháng 03 năm 2009 của Bộ Công
Thương
- Quyết định giao nhiệm vụ bổ sung số 150/QĐ-VHCNVN ngày 31 tháng
03 năm 2009 của Viện trưởng Viện Hoá học Công nghiệp Việt Nam
II. TÍNH CẤP THIẾT VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã đi vào hoạt
động và vận hành ổn định;

nhà máy lọc dầu Nghi Sơn cũng đang trong giai đoạn đầu tư, trong tương lai nhu
cầu sử dụng xúc tác ở Việt Nam ngày một lớn. Việc nghiên cứu hoàn thiện công
nghệ chế tạo oxit nhôm hoạt tính chất lượng cao để chủ động phần nào nguồn
xúc tác là việc làm cấp thiết góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành công
nghiệp lọc-hóa dầu Việt Nam.
Vì nhữ
ng lý do đó, trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi đặt ra mục tiêu nghiên
cứu tạo ra qui trình công nghệ hoàn thiện điều chế oxit nhôm hoạt tính dạng hạt,
sử dụng trong công nghiệp lọc, hóa dầu trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên
cứu trước đây để có thể triển khai sản xuất thử nghiệm qui mô lớn
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu các nội dung chính sau:
1.
Xác định và lựa chọn nguyên liệu phù hợp
2. Hoàn thiện qui trình điều chế oxit nhôm hoạt tính, đảm bảo
chất lượng sử dụng trong công nghiệp lọc, hóa dầu
3. Nghiên cứu công nghệ tạo viên oxit nhôm phục vụ làm chất
mang xúc tác và chất hấp phụ

10
4. Thử nghiệm khả năng ứng dụng sản phẩm
5. Điều chế thử 50 kg sản phẩm
6. Đề xuất qui trình công nghệ sản xuất oxit nhôm qui mô pilot
IV. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
IV.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Ở NƯỚC NGOÀI
Nhôm oxit hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, đặc biệt
trong công nghiệp dầu khí: chất hấp phụ trong quá trình chế biến khí thiên nhiên,
chất mang xúc tác hoặc xúc tác trong quá trình chế biến các phân đoạn dầu mỏ và
xúc tác cho phản ứng chuyển hoá hydrocacbon.
Diện tích bề mặt riêng, phân bố lỗ xốp và độ axit là các yếu tố quan trọng của

nhôm oxit.
IV.1.1 Phân loại nhôm oxit
Phân loại dựa vào nhiệt độ chuyể
n hóa từ nhôm hydroxit
Nhôm oxit được phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hoá từ nhôm hydroxit và
được chia thành [45, 46] :
- Nhôm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp (Al
2
O
3
. nH
2
O) 0 < n < 0,6; chúng
được tạo thành ở nhiệt độ không vượt quá 600
0
C và được gọi là nhóm
gama nhôm oxít, gồm có: χ, η và γ-Al
2
O
3
.
- Nhôm oxít tạo thành ở nhiệt độ cao từ 900 đến 1000
O
C được gọi là nhóm
delta nhôm oxit (δ-Al
2
O
3
), gồm κ, θ và δ-Al
2

O
3
.
Trong khuôn khổ đề tài này, chúng ta quan tâm đến các nhôm oxit tạo thành ở
nhiệt độ thấp nên chúng tôi sẽ chỉ đi sâu phân tích các dạng χ, η và γ-Al
2
O
3
.
η
- Al
2
O
3
:
Khối lượng riêng của η- Al
2
O
3
: 2,50 ÷ 3,60 g/cm
3
.

11
η- Al
2
O
3
được tạo thành khi nung Bayerit ở nhiệt độ lớn hơn 230
o

C, cấu trúc
của η- Al
2
O
3
gần giống như cấu trúc của γ- Al
2
O
3
và được ổn định bằng một số
ít nước tinh thể. Tuy nhiên lượng nước dư trong η-Al
2
O
3
nhỏ hơn trong γ- Al
2
O
3

Khi nung lượng nước dư trong η- Al
2
O
3
tồn tại đến 900
o
C.
η-Al
2
O
3

và γ-Al
2
O
3
khác nhau về kích thước lỗ xốp, bề mặt riêng, tính axit. Mặc
dù chúng có số tâm axit như nhau, nhưng lực axit ở η-Al
2
O
3
lớn hơn.
η- Al
2
O
3
kết tinh trong khối lập phương, mạng tinh thể thuộc dạng spinel. Trong
cấu trúc tinh thể của η-Al
2
O
3
, ion nhôm Al
3+
phân bố chủ yếu trong khối tứ
diện, đối với γ-Al
2
O
3
phần lớn Al
3+
ở khối bát diện. η-Al
2

O
3
khác với γ- Al
2
O
3
ở
mức độ cấu trúc trật tự hơn và cấu trúc oxy bú chặt hơn. Trong khoảng nhiệt độ
800- 850
o
C, η-Al
2
O
3
chuyển hoá thành θ-Al
2
O
3
.
χ
-Al
2
O
3
:
Khối lượng riêng của χ-Al
2
O
3
: 3,00 g/cm

3

χ-Al
2
O
3
tạo thành trong quá trình nung Gibbsit trong không khí hoặc nitơ ở
nhiệt độ 230 - 300
o
C. Có ý kiến cho rằng χ-Al
2
O
3
là trạng thái trung gian của
quá trình kết tinh γ-Al
2
O
3
. χ-Al
2
O
3
kết tinh trong hệ lục diện, ô mạng cơ sở là
giả lập phương. Nguyên tử nhôm nằm trong bát diện được bó chặt bằng các
nguyên tử oxy. Khi nung tới nhiệt độ 800 - 1000
o
C, χ-Al
2
O
3

biến đổi thành κ-
Al
2
O
3
.

γ
-Al
2
O
3

Khối lượng riêng của γ-Al
2
O
3
: 3,20 ÷ 3,77 g/cm
3
Khối lượng riêng của γ-Al
2
O
3
bằng 72% của α- Al
2
O
3

Dạng γ-Al
2

O
3
không tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung
Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit và Boehmite ở nhiệt độ khoảng 400 ÷ 600
o
C hay
trong quá trình phân huỷ muối nhôm từ 900 ÷ 950
o
C.

12
Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng γ-Al
2
O
3
chứa một lượng nhỏ nước trong
cấu trúc ngay cả khi chúng được nung lâu ở nhiệt độ xấp xỉ 1000
o
C [46 - 48].
Khi nung ở 1000
o
C trong 12 giờ, lượng nước còn lại khoảng 0,2 % [49].
Có thể chuyển hoá một phần hoặc hoàn toàn γ-Al
2
O
3
thành α-Al
2
O
3

không cần
nung nóng mà chỉ cần tác động bằng sóng va chạm có áp suất và thời gian tác
động khác nhau. Nguyên nhân làm chuyển pha ở đây là sự tăng nội năng và sự
thay đổi cấu trúc không gian hoàn thiện của mạng tinh thể γ-Al
2
O
3
.
Trên bề mặt của γ-Al
2
O
3
tồn tại hai loại tâm axit, đó là tâm axit Lewis và tâm
Bronsted. Tâm axit Lewis có khả năng tiếp nhận điện tử từ phân tử chất hấp phụ,
còn tâm axit Bronsted có khả năng nhường proton cho phân tử chất hấp phụ.
Tính axit của γ-Al
2
O
3
liên quan với sự có mặt của các lỗ trống trên bề mặt của
nó. Tính bazơ do ion nhôm trong lỗ trống mang điện tích dương không bão hoà
quyết định [50].
Việc nghiên cứu sơ đồ phân huỷ nhiệt cho người ta thấy có sự chuyển pha γ-
Al
2
O
3
sang các dạng nhôm oxit khác. Vì vậy, trong quá trình điều chế cần có chế
độ nhiệt độ thích hợp để thu được γ- Al
2

O
3
có hàm lượng tinh thể cao.
Phân loại theo cấu trúc
Người ta cũng có thể phân loại nhôm oxit tùy theo cấu trúc của chúng :
- Nhóm α: Có cấu trúc mạng lưới bát diện bó chặt, nhóm này duy nhất chỉ có
α- Al
2
O
3
.
- Nhóm β: Có cấu trúc mạng lưới bó chặt luân phiên, nhóm này có β-Al
2
O
3
,
trong đó gồm oxít kim loại kiềm, kiềm thổ và sản phẩm phân huỷ Gibbsit
có cùng họ cấu trúc χ và κ- Al
2
O
3
.
- Nhóm γ: Với cấu trúc mạng khối bó chặt, trong đó bao gồm sản phẩm phân
huỷ nhôm hydroxit dạng Bayerit, Nordstrandit, và Boehmite. Nhóm này

13
bao gồm η, γ-Al
2
O
3

được tạo thành ở nhiệt độ thấp và δ, θ-Al
2
O
3
tạo thành
ở nhiệt độ cao.
Nhìn chung, trong các quá trình xúc tác và hấp phụ người ta thường sử dụng
nhóm γ-Al
2
O
3
hoặc nhóm các nhôm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp.
IV.1.2 Cấu trúc của nhôm oxit
Cấu trúc của nhôm oxit được xây dựng từ các đơn lớp của các quả cầu bị bó chặt
[51]. Lớp này có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O
2-
được định vị ở vị trí 1 như
hình 1. Lớp tiếp theo được phân bố trên lớp thứ nhất, ở đó tất cả những quả cầu
thứ hai nằm ở vị trí lõm sâu của lớp thứ nhất (vị trí 2).
Đối với lớp thứ 3 có thể xảy ra 2 khả năng sau:
+ Khả năng 1: Độ bó chặt khối lục giác
Lớp thứ 3 được phân bố
ở vị trí như lớp thứ nhất, và tiếp tục như vậy ta sẽ được
thứ tự phân bố của các lớp như sau:
1,2; 1,2; 1,2; 1,2;
Cấu trúc này đặc trưng cho α- Al
2
O
3
.

+ Khả năng 2: Độ bó chặt khối lập phương.
Lớp thứ 3 được phân bố trên những hố sâu khác của lớp thứ nhất (vị trí 3), còn
lớp thứ 4 phân bố tại vị trí 1. Như vậy, ta sẽ có sự phân bố của các lớp như sau:
1,2,3;1,2,3;1,2,3;
Độ bó chặt khối lập phương đặc trưng cho η và γ-Al
2
O
3
.

Hình 1: Cấu trúc khối của nhôm oxit

14
Vị trí của các ion Al
3+
:
Các cation trong đó Al
3+
nhất thiết được phân bố trong không gian giữa các lớp
bó chặt anion. Lỗ hổng duy nhất mà ion Al
3+
có thể phân bố là ở giữa 2 lớp. Một
khả năng, các ion Al
3+
nằm ở vị trí trên lỗ hổng tam giác ; lớp oxy thứ hai thuộc
vị trí 2 được phân bố trên ion Al
3+
. Ion Al
3+
trong trường hợp này nằm ở vị trí

tâm bát diện.
Lớp oxy thứ hai của oxit trong vị trí 2 phân bố trên Al
3+
. Nếu tiếp tục sắp xếp
bằng phương pháp này : O
2-
, Al
3+
, O
2-
,và Al
3+
trong sự bó chặt lục giác như
trường hợp thì thấy rằng có bao nhiêu vị trí dành cho cation thì có bấy nhiêu vị
trí dành cho O
2-
ở lớp anion. Sự bố trí này không thoả mãn tính trung hoà điện
tích. Để thoả mãn độ trung hoà điện tích thì cần thiết trống 1 trong 3 vị trí của
cation. Sự thiếu trống này đưa đến khả năng khác nhau trong sự đối xứng ion
Al
3+
. Vị trí cation trong α-Al
2
O
3
cũng giống như trong Al(OH)
3
(hình 2).

Hình 2: Vị trí của ion Al

3+
trong cấu trúc bó chặt anion

Trong nhôm ôxit, oxy được bao gói theo kiểu khối lập phương bó chặt, còn đối
với cation thì một trong hai cation nằm ở khối tứ diện, cation kia nằm trong khối
bỏt diện (cấu trúc spinel), ở trường hợp này khi có mặt hydro (H) trong η và γ-
Al
2
O
3
công thức của chúng có thể viết tương ứng: (H
1/2
Al
1/2
)Al
2
O
4
hay
Al(H
1/2
Al
3/4
)O
4
, trong đó các ion nhôm nằm trong khối tứ diện. Proton không
nằm trong lỗ trống tứ diện mà nằm trên bề mặt dưới dạng nhóm OH
-
. Suy diễn
ra rằng một trong 8 ion O

2-
nằm trên bề mặt trong dạng OH
-
. Điều đó có nghĩa
tinh thể bé và phần lớn các nhóm OH
-
nằm trên bề mặt. Giả thiết này phù hợp

15
với kết quả thực nghiệm thu được η và γ-Al
2
O
3
có diện tích bề mặt lớn và trên
bề mặt chứa nhiều OH
-
liên kết.
Các nhôm oxit khác nhau về tỷ lệ ion nhôm trong khối bát diện và tứ diện, cũng
như mức độ bao bọc đối xứng ion Al
3+
trong lỗ trống tứ và bát diện. η-Al
2
O
3

chứa ion Al
3+
trong tứ diện lớn hơn trong γ-Al
2
O

3
.
Đặc điểm cấu trúc bề mặt của nhôm oxit có vai trò quan trọng trong xúc tác. Do
nhôm oxit có cấu trúc lớp nên có thể trên mỗi bề mặt chỉ có một dạng xác định
bề mặt tinh thể. η-Al
2
O
3
có độ axit lớn hơn do mật độ Al
3+
lớn hơn trong vị trí
tứ diện trên bề mặt.
Trong quá trình nung nhôm oxit đến khoảng 900
o
C, gần như toàn bộ nước được
giải phóng, kéo theo sự thay đổi cơ bản nước bề mặt. Rõ ràng ở đây đồng thời
xảy ra sự tương tác giữa các bề mặt tinh thể tạo nên tinh thể lớn hơn. Bề mặt các
oxit hoàn toàn mất proton, do vậy chúng được cấu tạo hoàn toàn từ các ion O
2-

và các lỗ trống anion. Nhiều tính chất của chúng khác hẳn với nhôm oxit khác.
IV.1.3. Tính axit của nhôm oxit
Trên bề mặt nhôm oxit hydrat hoá toàn phần, tồn tại một số tâm axit Bronsted
do có nhóm OH
-
[50, 51]. Bề mặt của δ-Al
2
O
3
và θ-Al

2
O
3
có tâm axit Lewis,
không có tâm Bronsted, η-Al
2
O
3
và γ-Al
2
O
3
, phụ thuộc vào mức độ dehydrat
hoá có cả hai loại tâm axit. Nói chung nhôm oxit và nhôm hydroxit hoá không
biểu hiện tính axit mạnh. Chính vì vậy nhôm oxit rất thích hợp làm chất mang
cho một số phản ứng không đòi hỏi xúc tác axit, ví dụ phản ứng khử lưu huỳnh
của nhiên liệu bởi vì chất mang có tính axit cao sẽ thúc đẩy các phản ứng
cracking tạo cốc, cặn cacbon làm giảm hoạt tính và thời gian sống của xúc tác.
IV.1.4. Bề mặt riêng của nhôm oxit
Thông thường diện tích b
ề mặt riêng của nhôm oxit khoảng từ 100-300 m
2
/g.
Diện tích bề mặt riêng của γ-Al
2
O
3
khoảng từ 150-280 m
2
/g còn diện tích bề mặt

riêng của α- Al
2
O
3
rất bé chỉ khoảng vài m
2
/g.

16
Theo tác giả Lippen, Bayerit và Gibbsit ban đầu có diện tích bề mặt riêng thấp
khoảng 3-5 m
2
/g, trái lại dạng gel Boehmite có thể có diện tích bề mặt riêng lớn.
γ-Al
2
O
3
đi từ gel Boehmite có diện tích bề mặt riêng khoảng 280-325 m
2
/g, dạng
δ-Al
2
O
3
và θ-Al
2
O
3
cũng được tạo thành từ dạng gel Boehmite và có diện tích bề
mặt riêng trong khoảng 100-150 m

2
/g. Dạng γ-Al
2
O
3
có diện tích bề mặt lớn có
thể đi từ Gibbsit và phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung, diện tích bề mặt
có thể đạt tới 300 m
2
/g. α- Al
2
O
3
có diện tích bề mặt lớn có thể được điều chế
bằng phương pháp nung gel Boehmite ở 1000
0
C trong một khoảng thời gian
nhất định.
IV.1.5. Cấu trúc xốp của nhôm oxit
Dạng γ-Al
2
O
3
được tạo thành khi nung Gibbsit, Bayerit, Nordtrandit và
Boehmite ở nhiệt độ 450 - 600
0
C [51]. Tuy nhiên, γ-Al
2
O
3

thu được từ quá trình
nhiệt phân Boehmite, dạng thù hình của mono nhôm hydroxit là tốt nhất, chứa
nhiều lỗ xốp có đường kính vào khoảng 30 - 120 A
0
, thể tích lỗ xốp 0,5 - 1
cm
3
/g. Diện tích bề mặt phụ thuộc vào cả nhiệt độ nung, thời gian nung và môi
trường khí khi nung.
γ-Al
2
O
3
thường được sử dụng làm chất mang cho xúc tác lưỡng chức hoặc chất
mang tương tác [52, 53]. Với vai trò làm chất mang tương tác, nhôm oxit hoạt
tính tác dụng với các pha hoạt tính làm cho chúng phân tán tốt hơn đồng thời
làm tăng độ bền cho xúc tác. Thực tế sự tương tác này tạo ra một bề mặt xúc tác
tối đa so với chất mang, nghĩa là tương tác giữa xúc tác và chất mang có vai trò
ngăn chặn sự chuyển động của các tinh thể chất xúc tác trên bề mặt chất mang
để tạo ra các kết tụ.
IV.1.6. Một số ứng dụng của nhôm oxit
γ-Al
2
O
3
được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực như lọc hoá dầu, xúc
tác cho các phản ứng hoá học, trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường, [54 –
57] do đặc tính có bề mặt riêng lớn, hoạt tính cao, bền cơ, bền nhiệt.

17

Ứng dụng của
γ
-Al
2
O
3
trong công nghệ lọc hoá dầu
Mục đích của nhôm oxit trong các nhà máy lọc dầu là tách những cấu tử không
mong muốn, bảo vệ thiết bị lọc dầu, tăng chất lượng sản phẩm. Xúc tác này
cũng được dùng để tăng hiệu suất sản phẩm, trong đó nhôm oxit dạng gama là
được dùng phổ biến hơn cả.
+ Xúc tác cho quá trình Clause: Trong quá trình này nhôm oxit được sử
dụng như một chất xúc tác nhằm chuyển hoá H
2
S thành muối sunfua. γ-Al
2
O
3

được sử dụng với một số lượng lớn vào ứng dụng này.
+ Xúc tác trong quá trình xử lý bằng hydro [52 - 54]: γ-Al
2
O
3
được sử
dụng làm chất mang xúc tác cho các quá trình tách những hợp chất hữu cơ có
chứa lưu huỳnh (quá trình HDS), nitơ trong quá trình lọc dầu. Ngoài ra, chúng
còn dùng để tách những tạp chất kim loại có trong nhiên liệu.
+ Xúc tác trong quá trình Reforming [52, 53]: trong quá trình này, γ-
Al

2
O
3
đóng vai trò vừa là chất mang vừa là xúc tác. Chất mang γ-Al
2
O
3
kết hợp
với các cấu tử kim loại quý, tạo ra xúc tác lưỡng chức năng. Mục đích của quá
trình là nâng cao trị số octan của gasoline.
+ Xúc tác cho quá trình hydrocracking [52]: Trong quá trình này, γ-Al
2
O
3

được dùng làm chất mang cho các xúc tác Pt/γ-Al
2
O
3
, Pd/γ-Al
2
O
3
.
+ Xúc tác cho quá trình isome hoá [52, 53]: nhờ có tính axit phù hợp mà
γ-Al
2
O
3
được sử dụng làm chất mang xúc tác thế hệ mới Pt/γ-Al

2
O
3
cho phản
ứng này.
Ứng dụng trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường
Một lượng lớn nhôm oxit được ứng dụng trong quá trình xử lý khí thải với vai
trò chất mang, thường là θ hoặc là hỗn hợp của θ với α, hoặc δ với θ.



18
Ứng dụng làm chất hấp phụ
Ngoài vai trò được sử dụng làm chất xúc tác, chất mang, γ-Al
2
O
3
còn được sử
dụng làm chất hấp phụ để tách loại một số cấu tử khỏi các cấu tử khác hay làm
chất hút ẩm [54 - 58]. Ví dụ, dùng làm chất hấp phụ trong quá trình sấy khí, làm
khô chất lỏng hữu cơ, tách SO
x
có trong khí, làm lớp chất hấp phụ bảo vệ chất
xúc tác trong thiết bị phản ứng khỏi các chất gây ngộ độc xúc tác.
Việc chọn nhôm oxit cho ứng dụng xúc tác phải đảm bảo một số chỉ tiêu như:
tính sẵn có, dễ sản xuất, giá thành hợp lý. Ngoài việc đáp ứng được các tiêu
chuẩn này thì nhôm oxit được chọn cũng cần phải có những đặc tính như: tính
axit, diện tích bề mặt riêng, cấ
u trúc lỗ xốp, độ tinh khiết và độ bền vật lý.
Tuỳ thuộc vào mỗi loại ứng dụng mà nhôm oxit có thể được sử dụng như một

chất mang, chất xúc tác, chất kết dính, hay chất hấp phụ và mức độ quan trọng
của những chỉ tiêu trên có thể thay đổi theo từng ứng dụng. Bên cạnh đó độ tinh
khiết của nhôm oxit cũng rất quan trọng. Độ tinh khiết cao sẽ t
ạo xúc tác có hoạt
tính cao và tránh được ngộ độc trong quá trình phản ứng. So với các nhôm oxit
khác thì nhôm oxit đi từ gel Boehmite hoặc giả Boehmite có độ tinh khiết cao
nhất nên chúng thường được quan tâm đến nhiều hơn [50, 51, 59 - 65]. Từ gel
Boehmite có thể điều chế ra nhiều loại nhôm oxit có thể đáp ứng được đầy đủ
những chỉ tiêu trên.
Do vậy, gel Boehmite (hoặc giả Boehmite) thường được chọn là tiền chất nhôm
oxit cho nhiều loại xúc tác.
IV.1.7 Quá trình tổng hợ
p nhôm oxit
Có nhiều phương pháp tổng hợp nhôm oxit hoạt tính. Các phương pháp tổng
hợp khác nhau tạo ra các nhôm oxit có cấu trúc xốp khác nhau. Chẳng hạn, với
phương pháp kết tủa, nhôm oxit hoạt tính thu được bằng cách nung Boehmite
tinh thể có diện tích bề mặt riêng khoảng 150 - 250 m
2
/g [50, 51]. Nhôm oxit

19
hoạt tính tổng hợp theo phương pháp sol-gel có bề mặt riêng lớn hơn, có thể tới
300 – 400 m
2
/g [59 - 66].
IV.1.7.1 Tổng hợp nhôm oxit bằng phương pháp kết tủa [50, 51, 67 – 70]
Phần lớn các công trình nghiên cứu về γ-Al
2
O
3

dùng làm chất mang xúc tác hoặc
chất xúc tác, hấp phụ đều theo phương pháp tổng hợp chung là kết tủa nhôm
hydroxit từ dung dịch muối nhôm nhưng chủ yếu là phân giải natri aluminat
bằng axit hoặc muối nhôm như: HCl, H
2
SO
4
, HNO
3
, Al(OH)Cl
2
[67].
Thành phần của dung dịch ban đầu, điều kiện kết tủa hydroxit, già hoá và rửa
kết tủa có ảnh hưởng rất lớn không những đến thành phần pha của nhôm
hydroxit (Boehmite, giả Boehmite, Bayerit hoặc pha vô định hình) mà cả về
hình dạng và kích thước tinh thể, đặc tính cấu trúc không gian… Tiến hành khử
nước của nhôm hydroxit sẽ thu được nhôm oxit và sản phẩm này thường thừa kế
cấu trúc của nhôm hydroxit ban đầu do hiệu ứng giả hình, nh
ất là với dạng giả
Boehmite và Boehmite [68]. Chính vì vậy, người ta cho rằng những đặc trưng
cấu trúc cơ học cơ bản của nhôm oxit (diện tớch bề mặt riêng, thể tích và bán
kính trung bình của lỗ xốp, sự phân bố lỗ xốp theo kích thước, độ bền cơ học)
được khởi thảo ngay ở giai đoạn điều chế nhôm hydroxit. Phần lớn khung của
nhôm hydroxit được hình thành ở giai
đoạn kết tủa và già hoá, nói chung chúng
chỉ bị biến dạng qua các quá trình tiếp theo. Trong thực tế, sau khi kết tủa, già
hoá và rửa còn một số công đoạn xử lý thêm để nhôm hydroxit có tính chất cần
thiết cho tạo hình. Các phương pháp xử lý bổ sung có thể là hoá học (dùng axit
hoặc kiềm), nhiệt (sấy và làm đậm đặc), cơ học (đảo trộn trong máy trộn).
Giai đoạn kết tủa

Khi kết tủa nhôm hydroxit, nồng độ
dung dịch aluminat tối ưu là 45 ÷ 60 g/l tính
theo Al
2
O
3
. Ở nồng độ 270 g/l sẽ thu được kết tủa gel rất nhớt, gây khó khăn cho
việc kết tinh do tốc độ chuyển khối thấp.

20
Khi pH của môi trường phản ứng từ 8 ÷ 11, nhiệt độ 10 ÷ 50
0
C trong thời gian
đến 1,5 h thường thu được nhôm hydroxit ở dạng vô định hình có lẫn một số ít
giả Boehmite.
Việc nạp liệu có thể tiến hành đồng thời hoặc bổ sung nhanh dung dịch axit vào
dung dịch natri aluminat trong thời gian 1 phút và tăng cường khuấy trộn.
Tăng thời gian kết tủa từ 2 đến 48 giờ ảnh hưởng không đáng kể đến khối lượng
riêng của nhôm hydroxit.
Trong khoảng nhiệt độ từ 25 ÷ 70
0
C và pH = 10 sẽ tạo thành giả Boehmite, khi
nâng cao nhiệt độ sẽ làm tăng diện tớch bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp.
Lọc và rửa
Trong quá trình kết tủa thường tạo ra sản phẩm phụ như NaCl, NaNO
3
… Sự có
mặt của NaCl sẽ làm giảm bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của nhôm hydroxit. Vì
vậy, loại bỏ tạp chất khỏi kết tủa nhôm hydroxit là giai đoạn quan trọng của quá
trình tổng hợp chất mang xúc tác.

Quá trình cụng nghiệp lọc rửa kết tủa thường dùng máy lọc tang trống với vải
lọc lavsan, dùng hơi nước ngưng tụ để bùn hoá kết tủa. Nhiệt độ
nước rửa từ 50
÷ 60
0
C và lượng nước dùng từ 54 ÷ 70 lít cho 1 kg Al
2
O
3
cho phép thu được
nhôm hydroxit chứa 0,2 ÷ 0,3 % khối lượng Na
2
O (tính theo Al
2
O
3
). Nếu rửa
thêm nhôm hydroxit đã sấy ở 200
0
C có thể làm giảm hàm lượng Na
2
O xuống
0,05 % và làm tăng thể tích lỗ xốp.
Dùng máy lọc ép có thể làm giảm hàm ẩm của bùn từ hơn 80 % xuống còn 76 ÷
79 %. Quan sát bằng kính hiển vi điện tử thấy nhôm hydroxit này là những
agregat lớn đến 100 nm (tinh thể thứ sinh) gồm những phần tử chủ yếu ở dạng
hình kim và dạng phiến (tinh thể nguyên sinh).
Phân tích bằng phương pháp XRD đã xác định được nhôm hydroxit là giả
Boehmite, nhưng hình thái của agregat kết tủa ở
102

0
C gần với Boehmite. Phần
lớn nước chứa trong cấu trúc như vậy liên kết ở dạng vỏ bọc ion - solvat của các

21
tinh thể nguyên sinh và bị giới hạn ở trong những tinh thể thứ sinh. Ngoài ra,
cấu trúc của nhôm hydroxit cũng chứa nước giữa agregat liên kết yếu và nước tự
do. Có thể chính lượng nước này không bị liên kết vào vỏ ion-solvat dẫn đến
làm giảm nhẹ lượng ẩm khi ép trên máy lọc ép, cho phép thu được bột nhão. Từ
bột nhão này sẽ thu được nhôm oxit có đặc tính sau: S
r
= 150 ÷ 180 m
2
/g ; V
p
=
0,40 ÷ 0,75 cm
3
/g ; V
0
= 0,55 ÷ 0,80 cm
3
/g ; P
0
= 5 ÷ 9 Mpa ; trong đó : S
r
là bề
mặt riêng ; V
p
là thể tích riêng của lỗ xốp ; V

0
là tổng thể tích lỗ xốp ; P
0
là độ
bền nén. Giá trị chính xác của các thông số này phụ thuộc vào chế độ kỹ thuật
khi kết tủa và già hoá.
IV.1.7.2 Tổng hợp nhôm oxit bằng phương pháp sol-gel [71, 72]
Phương pháp sol-gel được biết đến từ cuối thế kỷ 20. Phương pháp này có thể
tổng hợp nhôm oxit hoạt tính có bề mặt riêng lớn, độ xốp cao. Có nhiều tác giả
trên thế giới nghiên cứu về phương pháp sol-gel điều chế nhôm oxit hoạt tính.
Dướ
i đây là các tác giả và các báo cáo đáng chú ý:
- G. Buelna, Y. S. Lin và các cộng sự đó tổng hợp thành công nhôm oxit
hoạt tính từ nguyên liệu là alumino isopropoxit theo phương pháp sol-gel,
trong đó mẫu có diện tích bề mặt riêng lớn nhất (S
BET
) là 313 m
2
/g [66].
- Zhong - Min Wang và các cộng sự đã tổng hợp thành công nhôm oxit
hoạt tính dạng hạt theo phương pháp sol-gel, trong đó mẫu có diện tích bề
mặt riêng lớn nhất (S
BET
) là 331.6 m
2
/g [59].
- R.Linacero và các cộng sự đã tổng hợp thành công nhôm oxit hoạt tính
theo phương pháp sol-gel, trong đó mẫu có diện tích bề mặt riêng lớn nhất
(S
BET

) là 361 m
2
/g [64].
Mặc dù có nhiều ưu điểm như vậy nhưng phương pháp này chỉ thích hợp với
những nước có nguồn nguyên liệu alkoxyd nhôm, được sản xuất với tư cách là
đồng sản phẩm của quá trình công nghiệp khác. Với những nước không có
nguồn nguyên liệu này, chi phí sản xuất nhôm oxit theo phương pháp này là rất

22
cao và khó ứng dụng thực tiễn một cách có hiệu quả. Nước ta không sản xuất
được alkoxyd nhôm nên trong đề tài này, chúng tôi không chọn phương pháp
sol-gel để nghiên cứu triển khai sản xuất. Vì thế, chúng tôi cũng không tổng
quan sâu về phương pháp này.
IV.1.8 Phương pháp tạo hạt nhôm oxit
Để có thể ứng dụng nhôm oxit trong công nghiệp làm chất hấp phụ hoặc chất
mang xúc tác, cần phải tiến hành tạo dạng nhôm oxit thành viên hình trụ hoặc
hình cầu. Có nhiều phương pháp để
tạo hạt nhôm oxit.
IV.1.8.1 Tạo hạt bằng phương pháp tầng sôi [73]
Trước tiên, bột nhôm oxit đó được xử lý được trộn với nước lạnh trong máy trộn
ở nhiệt độ khoảng 20°C để tạo thành nhôm oxit bền, có thể tích mao quản được
bão hòa bởi nước. Sau đó, bột nhôm được đưa vào thiết bị tầng sôi để tạo ra các
hạt có đường kính 1 – 3 mm chứa nhiều mao quản rộng. Thời gian lưu trong
thiế
t bị tầng sôi là khoảng 10 – 60 phút. Sau khi ra khỏi thiết bị tầng sôi, sản
phẩm được cho qua sàng để thu được các hạt có kích thước từ 1 – 3 mm. Tiếp
đến, các hạt này được đưa đến thùng già hóa, sử dụng hơi nước. Nhiệt độ quá
trình già hóa bằng hơi nước là 110°C, thời gian là 0,5 giờ. Sau đó, hạt tiếp tục
được già hóa bằng nước ở nhiệt độ 60 – 90°C trong 4 giờ.
IV.1.8.2 Tạo hạt bằng phương pháp nhỏ gi

ọt trong dầu |[60, 74 - 81]
Phương pháp này được áp dụng thành công để tổng hợp oxit silic hình cầu hoặc
hạt zeolit. Phương pháp này cũng được áp dụng để điều chế hạt nhôm oxit hoạt
tính từ huyền phù được điều chế từ bột nhôm oxit hoặc từ sol boehmite.
Trước tiên, sol boehmite có nồng độ khoảng 2M được trộn với một lượng nhỏ
HNO
3
1M (tỷ lệ thể tích axit/sol là 1:5) và được khuấy ở nhiệt độ 70 - 80°C rồi
được già hóa ở 60 – 70°C trong nửa giờ. Quá trình tạo hạt bao gồm việc tạo ra
giọt sol nhờ thiết bị nhỏ giọt, tạo hình và gel hóa từng phần các giọt thành hạt
gel hình cầu trong lớp dầu parafin, củng cố cấu trúc của hạt gel trong lớp dung

23
dịch ammoniac 8% trọng lượng. Nhiệt độ của lớp dầu thay đổi từ 25 – 100°C
còn lớp dung dịch ammoniac được giữ ở nhiệt độ phòng. Bề mặt phân cách giữa
dầu và dung dịch ammoniac được khuấy chậm (18 – 50 vũng/phút) để dễ dàng
chuyển các hạt qua bề mặt phân cách. Sau khi già hóa trong ammoniac trong
thời gian ít nhất là 45 phút, các hạt gel hình cầu được đưa ra khỏi dung dịch
ammoniac, rửa cẩn thận với nước rồi với cồ
n, sấy ở 40°C trong 48 h và nung
trong không khí ở 450°C trong 4 h.

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý của quá trình tạo hạt bằng phương pháp nhỏ giọt
Các tác giả [60] báo cáo rằng, với phương pháp này, các hạt nhôm oxit hình cầu
có độ bền cơ học từ 96,1 – 116,9 N/hạt.
IV.1.8.3 Tạo hạt bằng phương pháp ép đùn [82]
Phương pháp này gồm các giai đoạn chủ yếu sau: chuẩn bị bột nhão (peptit hóa),
cho vào khuôn, tạo hình bằng khuôn và xử lý nhiệt mẫu thu được (sấy và nung).
Giai đoạn chuẩn bị bộ
t nhão và tạo hình bằng khuôn là quan trọng hơn cả.

Người ta đã tiến hành thực nghiệm về tạo hình paste và thử nghiệm khuôn với
các kiểu cấu tạo khác nhau để tạo hình bột nhão nhôm oxit với độ ẩm xấp xỉ 56
%.

24
Mục đích thực nghiệm là xác định ảnh hưởng các thông số của chế độ chuẩn bị
bột nhão (thời gian trộn và cô đặc, lượng chất pepti hoá) đến tính chất lưu biến
và tạo hình của khối; xác định chỉ tiêu của quá trình tạo hình (năng suất, thời
gian làm việc ổn định của khuôn, ) và chỉ tiêu chất lượng (độ bền cơ học, đặc
tính của lỗ xốp) so v
ới viên hình trụ đường kính 3 và 4 mm.
Sự phụ thuộc năng suất tạo hình G (kg mẫu đã tạo hình/phút) vào độ ẩm của bột
nhão được đánh giá theo lượng mất khi nung (MKN) ở 650
0
C có đặc tính cực
trị và khá phù hợp với phương trình thực nghiệm.
Đối với khuôn tiêu chuẩn (trụ Φ = 3 mm):
G = 6,7 - 0,159(MKN - 56,5)
2

Đối với khuôn thực nghiệm công nghiệp (hình sao Φ = 3 mm):
G = 4,1 - 0,97(MKN - 56,5)
2

Từ những phương trình này thấy rằng độ ẩm tối ưu xác định theo MKN là
56,5% không những đối với khuôn tiêu chuẩn mà cả đối với khuôn thực nghiệm
công nghiệp. Năng suất tạo hình trên khuôn tiêu chuẩn cao hơn khuôn thực
nghiệm 40%, tương ứng tỷ lệ tiết diện của rãnh tạo hình các khuôn đó.
Người ta cũng đã xác định rằng, cấu trúc lỗ xốp của nhôm hydroxit khi độ ẩm
g

ần tối ưu ảnh hưởng tới năng suất tạo hình như sau: tăng phần lỗ xốp hẹp (R
p
=
80 A
0
) khi tăng thời gian trộn khối dẫn đến giảm năng suất tạo hình. Thí dụ:
tăng thời gian xử lý trong máy trộn 1,5 lần sẽ làm giảm năng suất tạo hình 30%.
Tăng quá lượng chất pepti hoá trong paste nhôm hydroxit 1,5 lần làm giảm năng
suất tạo hình 10 ÷ 15%. Một trong những nguyên nhân đó có thể giải thích do
tăng sự dính của paste vào bề mặt làm việc của góc tạo hình và khuôn.
Độ bền cơ học củ
a sản phẩm được đánh giá theo chỉ số độ bền trên máy đập hạt
K
p
(kg/mm đường kính) bằng dao có bề mặt 0,8 mm và theo giá trị lực phá vỡ
khi nén hạt theo F
n
(kg/cm chiều dài hạt). Hai phương pháp này bổ sung cho

25
nhau vì khi nạp vào thùng phản ứng xúc tác ở lớp hỗn độn hạt chịu tác động cả
lực va đập lẫn lực nén.
IV.1.8.4 Tạo hạt bằng thiết bị vo viên [83]
Phương pháp tạo hạt bằng thiết bị vo viên được dùng sản xuất đến 40% lượng
nhôm oxit trên thị trường.
Nguyên lý của phương pháp là khi chuyển động trên mặt phẳng nghiêng theo
phương chuyển động thay đổi liên tục, các vật liệu nhỏ phân tán
được kết tụ dần
thành các viên hình cầu.
Bản chất của quá trình này là trong khi những phần tử lớn hơn (gọi là mầm) lăn

trên bề mặt chứa những phần tử nhỏ hoặc bột, mầm hạt sẽ lớn dần lên nhờ lớp
vật liệu bao phủ bên ngoài hoặc bản thân các phần tử nhỏ hay bột liên kết với
nhau tạo mầm mới. Sự tạo thành viên x
ảy ra theo cơ chế “phủ tuyết”.
Phương pháp tạo viên này chỉ áp dụng được trong trường hợp nguyên liệu dạng
bột có độ dẻo nhất định. Vì thế, trong một số trường hợp, cần bổ sung chất kết
dính vào nguyên liệu để tăng độ dẻo. Một quá trình tạo viên hoàn chỉnh theo
phương pháp này gồm các bước sau:
- Tạo mầm
- Phát triển mầm thành hạt
- Hoàn thi
ện hạt
- Sấy
- Phân loại hạt
- Làm nguội hạt
- Xử lý bề mặt hạt nếu cần thiết
- Đóng bao