ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP: Nghiên cứu tổng hợp nhôm oxit hoạt tính có chất lượng cao, ứng dụng làm chất xúc tác và chất hấp phụ ở quy mô pilôt

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

ĐỒ ÁN:
Nghiên cứu tổng hợp nhơm oxit hoạt tính có chất lượng cao,
ứng dụng làm chất xúc tác và chất hấp phụ ở quy mô pilôt

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

1

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU................................................................... 6
I.1. Giới thiệu chung về nhôm oxit........................................................................... 6
I.1.1. Phân loại nhôm oxit ................................................................................. 6
I.1.2. Cấu trúc của nhôm oxit ............................................................................ 9
I.1.3. Bề mặt riêng của nhơm oxit ....................................................................11
I.1.4. Tính axit của nhơm oxit ..........................................................................11
I.1.5. Giới thiệu về -Al2O3 ..............................................................................11
I.2. Các phương pháp tổng hợp nhôm oxit ..............................................................12
I.2.1. Tổng quan về phương pháp kết tủa .........................................................13
I.2.2. Đặc điểm của phương pháp.....................................................................14
I.3. Ứng dụng của nhôm oxit ..................................................................................14

I.3.1. Ứng dụng của gamma-oxit nhôm trong công nghệ lọc hoá dầu ...............15
I.3.1.1.Ứng dụng làm chất xúc tác ................................................................15
I.3.1.2.Ứng dụng nhôm oxit làm chất mang .................................................17
I.3.2. Ứng dụng trong vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường ..................................18
I.3.3. Ứng dụng làm chất hấp phụ ....................................................................19
I.4. Tình hình nghiên cứu ở trong nước ...................................................................19
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM.............................................................................22
II.1. Điều chế nhôm oxit hoạt tính bằng phương pháp kết tủa .................................22
II.1.1. Hố chất và dụng cụ ...............................................................................22
II.1.2. Quy trình điều chế nhơm oxit..................................................................22
II.1.3. Quy trình tạo hạt nhơm oxit. ...................................................................24
II.2. Các phương pháp hóa lí đặc trưng tính chất nhơm oxit ....................................26
II.2.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) ..................................................26
II.2.2. Phương pháp phân tích nhiệt (TG/DTA) .................................................27
II.2.3. Phương pháp đo độ xốp ..........................................................................27
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

2

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

II.2.4. Đo độ bền cơ học....................................................................................32
II.2.5. Xác định độ bền cơ trong sự có mặt của hơi nước ...................................32
II.2.6. Thăm dị ứng dụng của oxit nhôm...........................................................33
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

35

III.1. Tổng hợp nhôm oxit theo phương pháp kết tủa ..............................................35
III.1.1.Khảo sát quy trình tổng hợp boehmite ở quy mơ 10 lít nguyên liệu/mẻ. .35
III.1.1.1.Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tốc độ khuấy....................................35
III.1.1.2.Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng axit hóa ..............37
III.1.1.3.Nghiên cứu sự ảnh hưởng của pH môi trường ................................37
III.1.1.4.Nghiên cứu sự ảnh hưởng của thời gian già hóa..............................39
III.1.2.Hồn thiện quy trình tổng hợp nhơm oxit ...............................................42
III.1.2.1.Khảo sát chế độ nung .....................................................................42
III.1.2.2.Tiến hành sản xuất thử ...................................................................44
III.2. Tổng hợp viên nhôm oxit ...............................................................................49
III.2.1.Nghiên cứu các ảnh hưởng đến quá trình tạo viên ..................................49
III.2.1.1.Ảnh hưởng của bản chất axit đến độ bền cơ của viên xúc tác..........49
III.2.1.2.Ảnh hưởng của nồng độ axit đến độ bền cơ của viên xúc tác. .........50
III.2.1.3.Ảnh hưởng của tỉ lệ maxit/ m Al2O3 đến độ bền cơ của viên xúc tác...51
III.2.1.4.Ảnh hưởng của thời gian peptit hóa đến độ bền cơ của viên xúc tác52
III.2.2.So sánh các đặc trưng của bột nhôm oxit và viên nhôm oxit ...................54
III.2.3.So sánh với các mẫu đối chứng. .............................................................57
III.3. Thăm dị ứng dụng của nhơm oxit ..................................................................60
III.3.1.Thử nghiệm trên quá trình HDS .............................................................60
III.3.2.Ứng dụng trong quá trình water gas shift ................................................62
III.3.3.Thử nghiệm trên quá trình điều chế nhiên liệu sinh học DME ................62
KẾT LUẬN……………………………………………………………………………….63
Tài Liệu Tham Khảo……………………………………………………………………66

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

3

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

LỜI MỞ ĐẦU
Nhôm và các hợp chất của nhôm đã được phát hiện từ rất lâu và được ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau để phục vụ đời sống con người. Trong số các
hợp chất đó, nhơm oxit hoạt tính với nhiều ưu điểm như bề mặt riêng lớn, hoạt tính
cao, bền cơ, bền nhiệt,… đã được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Hơn 90% sản lượng alumina (được gọi là alumina luyện kim) được sử dụng làm
nguyên liệu cho q trình điện phân để sản xuất nhơm kim loại, 10% cịn lại được sử
dụng trong cơng nghiệp hố chất và các ngành công nghiệp khác như các ngành thủy
tinh, gốm sứ, vật liệu chịu lửa, gốm kĩ thuật  nhu cầu nhôm oxit kĩ thuật vào khoảng
15.000-20.000 tấn/năm. Đặc biệt, trong cơng nghiệp chế biến dầu khí nhơm oxit
không những làm chất xúc tác để năng cao số lượng chất lượng sản phẩm, góp phần
làm tăng hiệu quả của các q trình mà cịn làm chất mang cho các chất xúc tác của
các quá trình khác.
Hiện nay, hầu hết các nhà máy sản xuất ở Việt Nam có sử dụng nhôm oxit làm
chất mang, chất xúc tác đều phải nhập ngoại. Trong khi đó nước ta có nguồn nguyên
liệu nhôm (quặng Bauxite) với trữ lượng lớn, tương đối phổ biến (trữ lượng Bauxite
được đánh giá khoảng 2,4 tỷ tấn).
Mặt khác, trong thời gian sắp tới nhu cầu oxit nhơm hoạt tính trong các nhà
máy sản xuất và chế biến, đặc biệt trong nhà máy lọc dầu là rất lớn. Vì vậy, việc
nghiên cứu cơng nghệ điều chế oxit nhơm hoạt tính từ nhơm hydroxyt có chất lượng
cao là việc làm rất cần thiết và mang lại hiệu quả kinh tế.
Hiện nay, ở nước ta chưa có cơng trình nào nghiên cứu một cách hệ thống và

bài bản về điều chế nhôm oxit bằng phương pháp kết tủa ở quy mơ phịng thí nghiệm.
Ngồi nhóm nghiên cứu của Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Cơng Nghiệp Lọc Hóa
Dầu.
Tuy nhiên, để có thể tiến tới việc triển khai sản xuất ở quy mơ cơng nghiệp,
cịn cần phải hồn thiện quy trình công nghệ tổng hợp oxit nhôm ở quy mô lớn hơn,
đồng thời phải nghiên cứu hồn thiện cơng đoạn tạo hạt.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

4

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Mục tiêu của đồ án này là nghiên cứu tổng hợp nhôm oxit hoạt tính có chất
lượng cao, ứng dụng làm chất xúc tác và chất hấp phụ ở quy mô pilôt.
Nội dung nghiên cứu của đồ án gồm:
Tổng quan về vật liệu nhôm oxit và các phương pháp tổng hợp
Nghiên cứu quy trình tổng hợp Al2O3 bằng phương pháp kết tủa ở quy mơ
pilơt
Đánh giá các đặc trưng tính chất hố lý của Al2O3
Nghiên cứu quy trình tạo viên
Thăm dị ứng dụng của nhôm oxit

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

5

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
I.1. Giới thiệu chung về nhôm oxit
Nhôm oxit là một hợp chất hóa học của nhơm và oxy với cơng thức hóa học
Al2O3. Nó cịn được biết đến với tên gọi alumina trong cộng đồng các ngành khai
khoáng, gốm sứ, và khoa học vật liệu.
Nhôm ôxit là chất rắn, màu trắng, không tan và không tác dụng với nước.
Nóng chảy ở nhiệt độ rất cao (trên 2000 0C), có hệ số giãn nở nhiệt 0.063 K-1 [25]
Trong vỏ quả đất, Al2O3 tồn tại dưới dạng tinh thể Al2O3 khan hoặc quặng
nhôm oxit không nguyên chất.
Tinh thể nhôm oxit trong suốt khơng màu hoặc có màu, một phần dùng làm đồ
nữ trang, một phần dùng chế tạo các chi tiết trong các ngành kĩ thuật chính xác, như
chân kính đồng hồ, máy phát laze...
Nhơm oxit lẫn tạp chất có độ rắn cao, được dùng làm vật liệu mài ( đá mài, bột
giấy ráp, bột đánh bóng...)
Trong cơng nghiệp, nhơm oxit hoạt tính được sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong
cơng nghiệp dầu khí: chất hấp phụ trong q 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 hố hydrocacbon.
Diện tích bề mặt riêng, phân bố lỗ xốp và độ axit là các yếu tố quan trọng của

nhôm oxit khi ứng dụng trong cơng nghiệp dầu khí.
I.1.1. Phân loại nhơm oxit
 Phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hóa từ nhơm hydroxit
Nhôm oxit được phân loại dựa vào nhiệt độ chuyển hoá từ hydroxit và được
chia thành [15,16] :

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

6

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

 Nhôm oxit tạo thành ở nhiệt độ thấp (Al2O3.nH2O) 0< n < 0,6; chúng
được tạo thành ở nhiệt độ không vượt q 600 0C và được gọi là nhóm gama nhơm
oxít, gồm có: ,  và -Al2O3.
 Nhơm oxit tạo thành ở nhiệt độ cao từ 900 đến 1000OC được gọi là
nhóm delta nhơm oxit (Al2O3), gồm ,  và  Al2O3.
 Phân loại theo cấu trúc
 Nhóm : Có cấu trúc mạng lưới bát diện bó chặt, nhóm này duy nhất chỉ có
- Al2O3.
+ Nhóm : Có cấu trúc mạng lưới bó chặt luân phiên, nhóm này có -Al2O3,
trong đó gồm oxit kim loại kiềm, kiềm thổ và sản phẩm phân huỷ Gibbsit có cùng họ
cấu trúc  và - Al2O3.
+ Nhóm : Với cấu trúc mạng khối bó chặt, trong đó bao gồm sản phẩm phân huỷ
nhơm hydroxit dạng Bayerit, Nordstrandit, và Boehmite. Nhóm này bao gồm , Al2O3 được tạo thành ở nhiệt độ thấp và , -Al2O3 tạo thành ở nhiệt độ cao.

Nhìn chung, trong các quá trình xúc tác và hấp phụ người ta thường sử dụng
nhôm -Al2O3, trong khuôn khổ của đồ án này tập trung nghiên cứu nhôm -Al2O3
(phân loại theo cấu trúc) và nhóm các oxit nhơm tạo thành ở nhiệt độ thấp.
 - Al2O3
Khối lượng riêng của - Al2O3: 2,503,60 g/cm3.
- Al2O3 được tạo thành khi nung Bayerit ở nhiệt độ lớn hơn 230oC, cấu trúc
của - Al2O3 gần giống như cấu trúc của - Al2O3 và được ổn định bằng một số ít
nước tinh thể. Tuy nhiên lượng nước dư trong -Al2O3 nhỏ hơn trong - Al2O3 Khi
nung lượng nước dư trong - Al2O3 tồn tại đến 900oC.
-Al2O3 và -Al2O3 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 -Al2O3 lớn hơn.
- Al2O3 kết tinh trong khối lập phương, mạng tinh thể thuộc dạng spinel.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

7

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Trong cấu trúc tinh thể của -Al2O3 ion nhôm Al3+ phân bố chủ yếu trong khối tứ
diện, đối với -Al2O3 phần lớn Al3+ ở khối bát diện. -Al2O3 khác với - Al2O3 ở mức
độ cấu trúc trật tự hơn và cấu trúc oxy bó chặt hơn. Trong khoảng nhiệt độ 800850oC, -Al2O3 chuyển hoá thành -Al2O3.
 -Al2O3
Khối lượng riêng của -Al2O3: 3,00 g/cm3
-Al2O3 tạo thành trong q trình nung Gibbsit trong khơng khí hoặc nitơ ở

nhiệt độ 230 - 300oC. Có ý kiến cho rằng -Al2O3 là trạng thái trung gian của quá
trình kết tinh -Al2O3, -Al2O3 kết tinh trong hệ lục diện, ô mạng cơ sở là giả lập
phương. Nguyên tử nhơm nằm trong bát diện được bó chặt bằng các nguyên tử ôxy.
Khi nung tới nhiệt độ 800 - 1000oC, -Al2O3 biến đổi thành -Al2O3
 -Al2O3
Khối lượng riêng của -Al2O3: 3,2 3,77 g/cm 3
Khối lượng riêng của -Al2O3 bằng 72% của - Al2O3
Dạng -Al2O3 khơng tìm thấy trong tự nhiên mà nó được tạo thành khi nung
Gibbsit, Bayerit, Nordstrandit và Bemit ở nhiệt độ khoảng 400  600 oC hay trong q
trình phân huỷ muối nhơm từ 900  950 oC.
Nhiều thí nghiệm đã chứng minh rằng -Al2O3 chứa một lượng nhỏ nước trong
cấu trúc ngay cả khi chúng được nung lâu ở nhiệt độ xấp xỉ 1000oC [16,17,18]. Khi
nung ở 1000oC trong 12 giờ thấy lượng nước tinh thể cịn lại khoảng 0,2% [19].
Có thể chuyển hố một phần hoặc hồn tồn -Al2O3 thành -Al2O3 khơng 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 tăng nội năng và thay đổi cấu trúc
khơng gian hồn thiện của mạng tinh thể -Al2O3.
Trên bề mặt của -Al2O3 còn 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,
cịn tâm axit Bronsted có khả năng nhường proton cho phân tử chất hấp phụ.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

8

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Tính axit của -Al2O3 liên quan với sự có mặt của các lỗ trống trên bề mặt của
nó với số cấu trúc khác nhau trong cấu trúc của spinel. Tính bazơ do ion nhơm trong
lỗ trống mang điện tích dương khơng bão hoà quyết định [5].
Qua nghiên cứu sơ đồ phân huỷ nhiệt ta thấy có sự chuyển pha -Al2O3 sang
các dạng oxit nhơm khác do đó trong q trình điều chế cần có chế độ nhiệt độ thích
hợp để thu được - Al2O3 có hàm lượng tinh thể cao.
I.1.2. Cấu trúc của nhôm oxit
Cấu trúc của nhôm ôxit được xây dựng từ các đơn lớp của các quả cầu bị bó
chặt [4]. Lớp này có dạng tâm đối mà ở đó mọi ion O2- được định vị ở vị trí 1 như
hình 1.1. 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 như hình vẽ (vị trí 2).
Lớp thứ 3 có thể được phân bố ở vị trí như lớp thứ nhất, và tiếp tục như vậy
thứ tự phân bố của kiểu cấu trúc này là : 1,2; 1,2 …hoặc được phân bố trên những hố
sâu khác của lớp thứ nhất vị trí 3, cịn lớp thứ 4 lại được phân bố như vị trí 1, thứ tự
phân bố của cấu trúc này : 1,2,3; 1,2,3…
1
2

1
1
1
2

2
3

2

3

1
2

3
2
2

3

2

1
2
1

3
1

2

1
3

3
1

2

3
1

2
3
2

1
2

1

3 2
1
1

Hình 1: Cấu trúc khối của nhơm oxit
Vị trí của các ion Al3+:
Các cation Al3+ nhất thiết được phân bố trong không gian giữa các lớp bó chặt
anion. Lỗ hổng duy nhất mà ion Al3+ có thể phân bố là ở giữa 2 lớp. Khả năng, các
ion Al3+ nằm ở vị trí trên lỗ hổng tứ diện hoặc nằm ở vị trí tâm bát diện.
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

9

SV TH: Đặng Thị Thùy



Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

hoàn toàn mất proton, do vậy chúng được cấu tạo hoàn toàn từ các ion O2- và các lỗ
trống anion. Nhiều tính chất của chúng khác hẳn với nhôm ôxit khác.
I.1.3. Bề mặt riêng của nhơm oxit
Thơng thường diện tích bề mặt riêng của nhơm oxit khoảng từ 100-300 m2/g.
Diện tích bề mặt riêng của -Al2O3 khoảng từ 150-280 m2/g còn diện tích bề mặt
riêng của - Al2O3 rất bé chỉ khoảng vài m2/g. -Al2O3 là một loại vật liệu có mao
quản trung bình, từ trước đến nay có rất ít những chất xúc tác mang trên chất mang
Al2O3 có diện tích bề mặt lớn hơn 300 m2/g.
Theo Lippen, Bayerit và Gibbsit ban đầu có diện tích bề mặt riêng thấp khoảng
3-5 m2/g, trái lại dạng gel Boehmite có thể có diện tích bề mặt riêng lớn. -Al2O3 đi từ
gel Boehmite có diện tích bề mặt riêng khoảng 280-325 m2/g, dạng -Al2O3 và Al2O3 cũng được tạo thành từ dạng gel Boehmite và có diện tích bề mặt trong khoảng
100-150 m2/g. Dạng Al2O3 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. - Al2O3 có
diện tích bề mặt lớn có thể được điều chế bằng phương pháp nung gel Boehmite ở
10000C trong một khoảng thời gian nhất định.
I.1.4. Tính axit của nhơm oxit
Trên bề mặt nhơm oxit hydrat hố tồn phần, tồn tại một số tâm axit Bronsted
do có nhóm OH - [4,5]. Bề mặt của -Al2O3 và -Al2O3 có tâm axit Lewis, khơng có
tâm Bronsted, -Al2O3 và -Al2O3, phụ thuộc vào mức độ dehydrat hố có cả hai loại
tâm axit. Nói chung nhơm oxit và nhơm hydroxit hố khơng biểu hiện tính axit mạnh.
Chính vì vậy oxit nhơm rất thích hợp làm chất mang cho 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 các bon làm giảm hoạt tính và thời gian sống của xúc tác.
I.1.5. Giới thiệu về -Al2O3
Dạng -Al2O3 được tạo thành khi nung Gibbsit, Bayerit, Nordtrandit và
Boehmite ở nhiệt độ 450-6000C [4]. Tuy nhiên, -Al2O3 thu được từ quá trình nhiệt
phân Boehmite, dạng thù hình của mơnơ hydroxit nhơm là tốt nhất, chứa nhiều lỗ xốp

có đường kính vào khoảng 30-120 A0, thể tích lỗ xốp 0,5-1 cm3/g. Diện tích bề mặt
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

11

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

phụ thuộc vào cả nhiệt độ nung và thời gian nung. Môi trường khí khi nung cũng
đóng vai trị quan trọng, tốt nhất là giàn đều sản phẩm thành lớp mỏng để nung.
Nhơm oxyt ở dạng - Al2O3 có độ phân tán cao và cấu trúc khuyết, chủ yếu
được dùng làm xúc tác trong cơng nghiệp chế biến dầu và hố dầu, làm chất mang và
chất hấp phụ, chất xử lý nước chứa flo và asen… Ngồi ra, nhơm hydroxyt hoạt tính
cịn được dùng trong dược phẩm. Việc sản xuất nhôm oxyt và nhơm hydroxyt hoạt
tính chất lượng cao, có hiệu quả kinh tế vẫn còn là vấn đề cần nghiên cứu.
Trong công nghiệp nhôm oxyt -Al2O3 thường được sử dụng làm chất mang
cho xúc tác hai chức năng hoặc chất mang tương tác[5]. Với vai trò làm chất mang
tương tác, oxit nhơm 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 trị ngăn chặn sự chuyển động của các tinh thể chất xúc tác trên bề mặt chất mang.
I.2. Các phương pháp tổng hợp nhôm oxit
Nhôm oxit là loại vật liệu có ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều q trình cơng
nghệ ở quy mơ cơng nghiệp như làm chất xúc tác, chất mang xúc tác hoặc chất hấp
phụ trong công nghiệp ô tô và lọc dầu .Có nhiều phương pháp tổng hợp nhơm oxit
hoạt tính. Các phương pháp tổng hợp khác nhau tạo ra các nhôm oxit có cấu trúc xốp

khác nhau.
Có 3 phương pháp tổng hợp nhơm oxit chính trong cơng nghiệp
Phương pháp kết tủa [2,5]: Nguồn nhơm được hịa tan trong dung dịch
NaOH để tạo thành dung dịch NaAlO2. Axit hóa dung dịch này bởi dung dịch axit tạo
kết tủa. Lọc rửa và sấy kết tủa thu được boehmite. Nung boehmite ở chế độ thích hợp
và tạo viên ta thu được nhơm oxit.
Phương pháp sol-gel [2,9]: Trước tiên, nguồn nhơm alkocide được hịa tan
trong n-propanol bằng cách đun hồi lưu trong 3 giờ. Sau đó, hỗn hợp của nước, axit
nitric và n-propanol được thêm từ từ vào dung dịch này cùng với việc khuấy mạnh.
Gel tạo thành đuợc già hóa trong 3 ngày, lọc hết dung môi mẫu thu được tiến hành
sấy và nung, tạo viên thu được nhôm oxit.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

12

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Phương pháp sol-gel sử dụng chất tạo cấu trúc [2,9]: Thực nghiệm tổng
hợp theo phương pháp này bao gồm các bước: polyme pluronic P123 đựợc hòa tan
trong etanol tuyệt đối thu được dung dịch A. Điều chế dung dịch B gồm axit
clohydric, etanol tuyệt đối, và nhôm tri-tert-butoxide đựoc điều chế. Sau đó 2 dung
dịch được trộn lẫn với nhau và được khuấy mạnh. Sol đồng thể được già hóa, loại
dung mơi, sấy nung ở nhiệt độ thích hợp thu được nhơm oxit.
Đề tài này chủ yếu nghiên cứu theo phương pháp kết tủa. Phương pháp này có

quy trình đơn giản, ngun liệu sử dụng dễ tìm, có sẵn tại việt nam, giá thành thấp, rẻ
hơn so với các phương pháp khác, phù hợp với điều kiện nền kinh tế Việt Nam, đặc
biệt có thể triển khai trong cơng nghiệp.
Nhơm oxit thu được theo phương pháp này có diện tích bề mặt riêng 50-300
m2/g [2,5], có mao quản phù hợp đảm bảo được các yêu cầu của chất mang và chất
xúc tác trong cơng nghiệp hiện nay trong khi đó giá thành lại phù hợp với kinh tế của
nền công nghiệp việt nam. Vì vậy, phương pháp này đang được nghiên cứu để điều
chế nhơm hoạt tính có chất lượng cao có ứng dụng trong công nghiệp.
I.2.1. Tổng quan về phương pháp kết tủa
Phương pháp truyền thống điều chế nhôm hidroxit hoạt tính dựa trên q trình
tái kết tủa từ hidroxit kết tinh qua các muối chứa nhơm [28].
Q trình tái kết tủa qua muối trung tính:
Al2(SO4)3 + 6 NaOH = 2 Al(OH)3 + 3Na2SO4
Hoặc qua muối kiềm:
Al2(OH)5Cl + NaOH = 2 Al(OH)3 + NaCl
Người ta đã tính rằng, để tái kết tủa 1 tấn Al2O3 (không kể tổn thất) qua muối
trung tính cần 2,9 tấn axít H2SO4 và 2,4 tấn xút cịn qua muối kiềm chi phí có thể
giảm hơn.
Phương pháp mới tạo muối kép với muối liti có dạng Lin, XnAl(OH)3.pH2O
(x: Cl-, Br-, I-, SO42-) sau đó xử lý bằng nước sẽ thu được nhơm trihydroxyt có cấu
trúc khuyết, cịn dung dịch nước chứa muối liti được cô đặc và dùng lại. Tuy nhiên
phương pháp này chưa được phổ biến trong công nghiệp.
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

13

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Phần lớn các cơng trính nghiên cứu Al2O3 dùng làm chất mang xúc tác hoặc
chất xúc tác, chất hấp phụ theo phương pháp tổng hợp chung chủ yếu là phân giải
muối natrialuminat bằng axit hoặc muối nhơm như :HCl, H2SO4, HNO3,
AL(OH)CL2…[2]
Q trình kết tủa nhơm hydroxit qua muối natrialuminat với sự có mặt của
axit:
AlO2- + H+ = AlO(OH)
Bản chất của phương pháp là dùng axít điều chỉnh độ pH của dung dịch
aluminat tới giá trị cần thiết ở nhiệt độ thích hợp để thu được nhôm hydroxyt tinh thể.
Sau khi xử lý nhiệt nhơm hidroxit sẽ thu được nhơm oxit hoạt tính.
I.2.2. Đặc điểm của phương pháp
Sự tạo thành nhôm hydroxit khi kết tủa là một quá trình phức tạp, cùng với sự
thuỷ phân trong dung dịch chứa nhơm lại có q trình tách kết tủa nhơm hidroxit kèm
theo sự tạo thành mầm kết tinh, phát triển cấu trúc thứ sinh [2].
Thành phần của dung dịch ban đầu, điều kiện kết tủa hydroxyt, già hố và rửa
kết tủa có ảnh hưởng rất lớn không những đến thành phần pha của nhôm hydroxyt
(boehmite, giả boehmite, bayerit hoặc pha vơ định hình) mà cả về hình dạng kích
thước tinh thể, đặc tính cấu trúc không gian…Tiến hành khử nước của nhôm
hydroxyt sẽ thu được nhôm oxyt và sản phẩm này thường thừa kế cấu trúc của nhơm
hydroxyt ban đầu do hiệu ứng giả hình, nhất là với dạng giả boehmite và boehmite,
chính vì vậy người ta cho rằng những đặc trưng cấu trúc cơ học cơ bản của nhơm
oxyt (diện tích 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 nhơm
hydroxyt. Phần lớn khung của nhơm hydroxyt được hình thành ở giai đoạn kết tủa và
già hố, rửa. Cịn có một số công đoạn xử lý thêm để nhôm hydroxyt có tính chất cần
thiết cho tạo hình . Các phương pháp xử lý bổ sung có thể là hố học (dùng axit hoặc
kiềm), nhiệt (sấy và làm đậm đặc), cơ học (đảo trộn trong máy trộn) [2,5]

I.3. Ứng dụng của nhôm oxit
Gamma-oxit nhôm được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhất là lọc hoá
dầu, xúc tác cho các phản ứng hố học, trong vấn đề xử lý ơ nhiễm môi trường,... do
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

14

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

đặc tính có bề mặt riêng lớn, hoạt tính cao, bền cơ, bền nhiệt. Ngồi ra -Al2O3 là
loại chất mang trơ có diện tích bề mặt riêng thấp. Loại chất mang này có khả năng
chịu được các điều kiện khắc nghiệt của mơi trường bởi đặc tính chịu nhiệt, độ bền
hố học và độ bền vật lý cao.
I.3.1. Ứng dụng của gamma-oxit nhơm trong cơng nghệ lọc hố dầu
I.3.1.1. Ứng dụng làm chất xúc tác
 Xúc tác cho quá trình Clause [25]: Trong q trình này oxit nhơm được sử
dụng như một chất xúc tác nhằm chuyển hoá H2S thành muối sunfua.
Lưu huỳnh là chất khí độc với sức khỏe con người, sự có mặt của nó trong
dịng khí cơng nghệ gây ngộ độc chất xúc tác, ăn mòn thiết bị, tạo cặn đường ống, tạo
ra khí thải làm ơ nhiễm mơi trường bởi vậy cần khống chế hàm lượng H2S tối thiểu
trong dịng khí cơng nghệ và khí thiên nhiên bằng cách chuyển hóa nó sang dạng
khác ít gây độc hơn. Có nhiều phương pháp biến Hydrosunfua (H2S) có trong khí dầu
mỏ thành lưu huỳnh đơn chất S nhưng công nghệ được ứng dụng rộng rãi nhất là
cơng nghệ claus.
Q trình claus bao gồm 2 giai đoạn : giai đoạn nhiệt và giai đoạn xúc tác

 Giai đoạn nhiệt : Giai đoạn này chủ yếu do tác dụng của một phần khí
H2S với khơng khí ở nhiệt độ cao khoảng 1000-14000C theo phản ứng

2 H 2 S  3O3  2 SO2  2 H 2 O
 Giai đoạn xúc tác : Trong giai đoạn xúc tác chủ yếu xử lí lượng khí cịn
lại trên các tâm hoạt tính aluminn. Phản ứng chính xảy ra trong giai đoạn này được
gọi là phản ứng claus
 Al 2 O 3
2 H 2 S  SO2 

 3S  2 H 2 O

Khi sử dụng tầng xúc tác, hiệu suất thu lưu huỳnh có thể lớn hơn 97% của
tổng lượng lưu huỳnh của cả q trình. Nếu đưa vào khoảng hơn 2,6 tấn dịng khí
cơng nghệ thì sẽ sản xuất được 1 tấn lưu huỳnh.
 Xúc tác cho q trình Reforming[27]: Nhơm oxit -Al2O3 trong q trình
này đóng vai trị vừa là chất mang, vừa là xúc tác. Chất mang -Al2O3 kết hợp với các
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

15

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

cấu tử kim loại quý, tạo xúc tác lưỡng chức năng. Mục đích của q trình là nâng cao
trị số octan của xăng.

Bản chất của quá trình Reforming là quá trình biến đổi thành phần các
hydrocacbon nhẹ của dầu mỏ chủ yếu là Parafin và Naphten (có số ngun tử 6÷ 10)
thành các HydroCacbon thơm có số Cacbon tương ứng. Xúc tác được sử dụng trong
quá trình reforming xúc tác là loại xúc tác đa chức năng, gồm chức năng oxy hoá khử và chức năng axit. Trong đó chức năng axit nhằm xắp xếp lại các mạch cacbon
(đồng phân hóa, đóng vịng…) được thực hiện trên chất xúc tác oxit nhơm hoạt tính
có bề mặt riêng lớn và được clo hóa để điều chỉnh lực axit thích hợp.
 Xúc tác cho quá trình sản xuất nhiên liệu sạch Đimêtyl ête DME [28]:
Đimêtyl ête (DME) có nhiệt độ sơi -24,9oC, nên trong điều kiện thường nó tồn tại
dưới dạng khí, nhưng dễ được hóa lỏng. Áp suất hóa lỏng của nó ở 20oC là 0,5 MPa,
còn ở 38oC là 0,6 Mpa. DME ít độc và có thể dùng thay cho freon trong máy lạnh
hay dùng để sản xuất sol khí. Nó cũng có thể được dùng làm dung mơi chiết trích.
Đặc biệt DME khơng gây "hiệu ứng nhà kính". Do vậy từ năm 1995, DME được xem
là nhiên liệu diesene sạch. So với nhiên liệu diesene từ dầu mỏ, DME có chỉ số xetan
cao hơn (55-60 so với 40-45), nhiệt độ bắt lửa thấp hơn (235 oC so với 250oC). Đặc
biệt, khí thải khơng gây ơ nhiễm mơi trường, khơng có muội than, hàm lượng nitơ
oxit thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép. Nói chung, khí thải từ đốt cháy DME
khơng địi hỏi làm sạch. Theo đánh giá của các chuyên gia, khi sử dụng DME làm
nhiên liệu, các phương tiện giao thông vận tải không gặp trở ngại về nguyên tắc nào.
Theo các nhà nghiên cứu Nhật Bản thì khi sử dụng DME làm nhiên liệu cho động cơ
tuốc-bin khí và hiệu quả kinh tế lớn hơn so với sử dụng khí nén.
Do chỉ tiêu kinh tế có lợi như vậy, nên ngày nay đang có chiều hướng định
hướng lại việc chế tạo xăng từ khí tổng hợp. Ngày nay, thích hợp hơn là định hướng
lại việc chế tạo xăng từ khí tống hợp đi qua giai đoạn trung gian là tổng hợp trực tiếp
DME. Xăng thu được từ q trình này có chất lượng rất tốt: chỉ số octan 92-93.
Con đường đơn giản nhất để sản xuất DME là đi từ methanol. Xúc tác cho q
trình đehyđrat hóa metanol thành DME là nhôm oxide.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

16

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

I.3.1.2. Ứng dụng nhôm oxit làm chất mang
 Làm chất mang cho q trình cracking xúc tác tầng sơi (FCC) [27,6]: Q
trình Cracking xúc tác là quá trình quan trọng trong nhà máy lọc dầu để sản
xuất xăng có chỉ số octan cao từ các phân đoạn nặng hơn. Đáp ứng yêu cầu chất
lượng sản phẩm đề ra đồng thời tăng năng suất thu hồi các sản phẩm phân đoạn nhẹ.
Chất xúc tác trong FCC gồm 3 thành phần chính : zeolite, chất mang , chất kết
dính
Chất mang đóng vai trị đáng kể trong chất lượng của xúc tác. Các mao quản
của Zeolite quá nhỏ, không cho phép các phân tử HydroCacbon lớn khuyếch tán vào.
Chất mang hiệu quả phải có khả năng cho phép khuyếch tán HydroCacbon vào và ra
khỏi xúc tác. Chất mang oxit nhơm có kích thước mao quản, độ xốp, độ bền cao thỏa
mãn được các yêu cầu trên.
Chất mang cũng có hoạt tính tuy nhiên tính chọn lọc khơng cao như Zeolite
nhưng có khả năng crack các phân tử lớn, những phân tử khơng có khả năng thâm
nhập vào các lỗ rỗng của Zeolite và các phản ứng cracking sơ cấp xảy ra trên chất
mang. Sản phẩm là các phân tử nhỏ hơn có khả năng thâm nhập vào các mao quản
của Zeolite
Ngồi vai trị trên, chất mang cịn có vai trị bẫy các ngun tử Vanadi và các
phân tử mang Nitơ có tính kiềm. Những chất này làm ngộ độc Zeolite. Như vậy một
trong những ưu điểm của chất mang là giữ cho Zeolite không bị mất hoạt tính sớm do
tạp chất
Tóm lại chất mang trong chất xúc tác của quá trình cracking làm tăng khả năng

cracking phân đoạn nặng, chống ngộ độc Vanadi và Nitơ.
 Làm chất mang trong quá trình xử lý bằng hydro[10]: Những loại xúc tác
sử dụng cho quá trình này được dùng để tách những hợp chất hữu cơ có chứa lưu
huỳnh, nitơ, có trong q trình lọc dầu. Ngồi ra cịn dùng để tách những tạp chất kim
loại có trong nhiên liệu, nhưng khi sử dụng trong lĩnh vực này thì thời gian sống của
xúc tác ngắn, -Al2O3 được sử dụng như một chất mang xúc tác trong quá trình này.
Điển hình nhất là quá trình khử lưu huỳnh (HDS), mục đích của q trình này
loại các tạp chất chứa lưu huỳnh trong nhiên liệu như xăng và diezen. Nhiên liệu
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

17

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

chứa lưu huỳnh khi cháy sẽ tạo ra khói thải có chứa các khí SOx gây ăn mịn thiết bị
và độc hại cho người sử dụng, đồng thời còn là nguyên nhân gây ra mưa axit. Để
giảm thiểu những tác động xấu đến sức khỏe và mơi trường của khói thải động cơ cần
phải làm giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu.
Các chất xúc tác sử dụng cho quá trình này là các sulfua molypden hoặc
vonfram được kích động bởi các sulfua của các kim loại nhóm VIII, coban hoặc
niken. Các pha hoạt tính này được mang trên các chất mang có diện tích bề mặt riêng
lớn, thường là oxit nhơm.
 Làm chất mang cho q trình chuyển hóa CO với hơi nước (water gas
shift) [2]: Chuyển hóa CO với hơi nước (1) là phương pháp quan trọng để nâng cao
sản lượng khí hydro từ các q trình cơng nghiệp như q trình reforming hơi nước

của khí tự nhiên hoặc khí hóa than và các vật liệu chứa cacbon. Hỗn hợp khí tổng hợp
chứa chủ yếu là hydro, cacbonmonoxit (CO) được tạo thành ở nhiệt độ cao nhờ quá
trình cháy của khí tự nhiên, than, sinh khối, dầu mỏ và chất thải hữu cơ. Sau đó, hơi
nước được thêm vào hỗn hợp nguyên liệu CO + H2. Chất xúc tác sử dụng cho quá
trình này là các kim loại chuyển tiếp trên chất mang nhôm oxit Co-Mo/Al2O3.
CO + H2O ↔ CO2 + H2

H = - 41 kJ/mol

(1)

I.3.2. Ứng dụng trong vấn đề xử lý ơ nhiễm mơi trường
Ngồi vai trị làm chất xúc tác cho q trình xử lý khí thải. -Al2O3 cịn được
dùng trong cơng nghiệp dược phẩm, đặc biệt dùng để xử lý nước chứa flo [29].
Trong một số khu vực ở nước ta, do cấu tạo địa chất mà nguồn nước ngầm ở
đó có chứa Flo. Hàm lượng Flo trong nước ngầm tối ưu cho mục đích sinh hoạt của
con người là từ 0,7- 1,2 mg/l. Nếu hàm lượng Flo thấp hơn 0,7 mg/l có thể dễ mắc
các căn bệnh giòn và mục răng. Ngược lại, khi hàm lượng Fluor cao trên 1,5 mg/l có
thể gây ăn mịn men răng, ảnh hưởng đến thận và tuyến giáp.
Việc xử lí Flo bằng oxit nhơm hoạt tính đã được đưa vào ứng dụng trong cơng
nghệ xử lí nước với những ưu điểm có hiệu quả kinh tế, giá thành rẻ, không tạo ra các
thành phần ô nhiễm khác trong quá trình xử lí, hiệu suất xử lí cao hơn so với các cơng
nghệ xử lí khác, đồng thời dễ tái sinh.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

18

SV TH: Đặng Thị Thùy

Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

I.3.3. Ứng dụng làm chất hấp phụ
Ngồi vai trị được sử dụng làm chất xúc tác, chất mang -Al2O3 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 [2,5]. Ví dụ như dùng để làm chất hấp phụ trong q trình sấy khí, hoặc làm
khơ chất lỏng hữu cơ, hay để tách SOx có trong khí, đơi khi còn sử dụng để làm lớp
hấp phụ bảo vệ chất xúc tác trong thiết bị phản ứng khỏi các chất gây ngộ độc xúc
tác.
Việc chọn oxit nhôm cho ứng dụng xúc tác phải đảm bảo một số chỉ tiêu như:
tính sẵn có, dễ sản xuất, giá thành hợp lý. Ngồi việc đáp ứng được các tiêu chuẩn
này thì oxit được chọn cũng cần phải có những đặc tính như: tính axit, diện tích bề
mặt, cấu trúc lỗ xốp, độ tinh khiết và độ bền vật lý.
Tuỳ thuộc vào mỗi loại ứng dụng mà oxit nhơm 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
oxit nhơm cũng rất quan trọng. Độ tinh khiết cao sẽ tạo xúc tác có hoạt tính cao và
tránh được ngộ độc trong q trình phản ứng. So với các oxit nhơm khác thì oxit
nhơm đi từ Boehmite hoặc giả Boehmite có độ tinh khiết cao nhất nên chúng thường
được quan tâm đến nhiều hơn. Từ Boehmite có thể điều chế ra nhiều loại oxit nhơm
có thể đáp ứng được đầy đủ những chỉ tiêu trên.
Do vậy, Boehmite (giả Boehmite) thường được chọn là tiền chất oxit nhơm
cho nhiều loại xúc tác.
I.4. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Cả nước ta hiện nay chỉ có một cơ sở duy nhất sản xuất hyđroxit nhơm kỹ
thuật ở dạng hàng hóa, đó là Nhà máy Hóa chất Tân Bình tại thành phố Hồ Chí Minh.
Ngồi sản phẩm hydroxit nhơm, năm 2001, Cơng Ty Hóa Chất cơ bản Miền Nam đó

đầu tư dây chuyền sản xuất nhơm oxit (Al2O3) kỹ thuật công suất 400 tấn/năm, theo
công nghệ lò con thoi, sản xuất từng mẻ gián đoạn. Sản phẩm Al2O3 của Công ty
được dùng cho các ngành sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chịu lửa (gạch cao
nhôm, samot), đỏ mài trắng, xi măng alumin, gốm sứ, thủy tinh…,(trong đó ngành
vật liệu là chủ yếu). Tuy nhiên sản phẩm của nhà máy có chất lượng chưa đạt tiêu
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

19

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

chuẩn làm chất mang hoặc làm chất xúc tác cho các quá trình hóa học. Hơn nữa, sắp
tới nhu cầu các chế phẩm của oxit nhôm hydrat bao gồm oxit nhôm kĩ thuật nung cho
cơng nghệ luyện nhơm, oxit nhơm hoạt tính cao cấp cho ngành hóa chất, đặc biệt là
trong cơng nghiệp lọc hóa dầu (làm chất mang xúc tác, chất hấp phụ để xử lý môi
trường,…) là khá lớn. Trong khi đó lượng oxit nhơm hoạt tính hiện đang sử dụng tại
các nhà máy hóa chất, phân đạm, các nhà máy lọc dầu đang phải nhập ngoại hoàn
toàn.
Nguồn nguyên liệu nhơm trong nước ngồi bauxite Lâm Đồng, cịn có cao
lanh Tấn Mài - Quảng Ninh, cao lanh Yên Bái, bauxite Lạng Sơn và Quảng Ninh...
Có thể nói, trữ lượng nguyên liệu cho công nghiệp tinh chế oxit nhôm Việt Nam
trong tương lai khá hứa hẹn. Việc định hướng công nghệ hiện đại như các nước đã
làm từ hyđroxit nhôm theo phương pháp kết tủa kết tủa các dạng oxit nhôm hoạt tính
có chất lượng cao đạt tiêu chuẩn chất lượng quốc tế là một việc làm rất cần thiết và
mang lại hiệu quả kinh tế cao vì nâng cao được giá trị của hydroxit nhôm, đồng thời

giảm được ngoại tệ do phải nhập khẩu oxit nhơm hoạt tính.
Ở Việt Nam đã có nhiều cơng trình nghiên cứu q trình tổng hợp nhơm oxit
hoạt tính bằng phương pháp kết tủa, tạo ra mẫu nhơm oxit có bề mặt riêng lớn.
Nhưng thành cơng nhất của nhóm nghiên cứu Đỗ Thanh Hải và các cộng sự, đã tổng
hợp mẫu nhôm oxit từ nguyên liệu nhơm hydroxit Tân Bình bằng phương pháp kết
tủa có diện tích bề mặt riêng là 214,88 m 2/g.
Ngồi ra, Hoàng Trọng Yêm và các cộng sự đã điều chế nhôm oxit dạng
boehmite và -Al2O3. Tạ Quang Minh và cộng sự đã điều chế nhôm hydroxit và nhôm
oxit ứng dụng làm chất hấp phụ trong các nhà máy chế biến khí và lọc hóa dầu. Tuy
nhiên, các nghiên cứu này mới dừng ở qui mơ phịng thí nghiệm, cỡ 0,5 lít nguyên
liệu cho mỗi mẻ thực nghiệm, chưa tiến hành triển khai ở qui mơ pilot phịng thí
nghiệm, cũng như qui mô pilot công nghiệp và sản xuất thử với mẻ lớn.
Năm 1997, Viện Hóa học cơng nghiệp đã được giao thực hiện đề tài cấp Tổng
Cơng ty « Nghiên cứu điều chế oxit nhơm hoạt tính từ dung dịch aluminat Tân
Bình ». Đề tài đã đạt được một số thành công nhất định nhưng chỉ dừng lại ở việc
nghiên cứu ở qui mơ phịng thí nghiệm, chế tạo ra khoảng 30 g sản phẩm mỗi mẻ.
Qui trình sản xuất oxit nhôm kỹ thuật được đề xuất tạo ra sản phẩm còn lẫn nhiều tạp
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

20

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

chất. Diện tích bề mặt riêng của mẫu cũng chưa đo được do thiếu thiết bị. Bản thân
các tác giả của đề tài cũng nhận thấy còn một số vấn đề tồn tại, chẳng hạn, do điều

kiện ở xa nên mẫu dung dịch aluminat Tân Bình chỉ lấy được một lần, các thí nghiệm
đều tiến hành từ một loại mẫu aluminat ban đầu. Ngồi ra, mẫu oxit nhơm hoạt tính
chưa được đánh giá theo hướng sử dụng. Đặc biệt, các tác giả chưa nghiên cứu tạo
dạng hạt oxit nhôm.
Năm 2006 – 2007, Phịng thí nghiệm trọng điểm cơng nghệ lọc hóa dầu Viện
hóa học cơng nghiệp được giao thực hiện Nhiệm vụ hợp tác quốc tế theo nghị định
thư với Cộng hòa Pháp liên quan đến việc chế tạo xúc tác Co-Mo mang trên chất
mang oxit nhơm hoạt tính. Đề tài đã nghiên cứu sản xuất oxit nhơm hoạt tính theo
nhiều phương pháp khác nhau ở quy mơ pilot phịng thí nghiệm và đề xuất qui trình
điều chế oxit nhơm chất lượng cao tương đương sản phẩm nhập từ Trung Quốc mà
giá thành lại thấp hơn. Tuy nhiên, để có thể tiến tới việc triển khai sản xuất ở quy mô
công nghiệp, cịn cần phải hồn thiện quy trình cơng nghệ tổng hợp oxit nhôm ở quy
mô lớn hơn.

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

21

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

CHƯƠNG II

THỰC NGHIỆM
II.1. Điều chế nhơm oxit hoạt tính bằng phương pháp kết tủa
II.1.1. Hố chất và dụng cụ

 Hố chất:
 Nhơm hydroxyt Tân Bình, tạp chất 37%
 NaOH rắn 98%
 Nước cất
 H2SO4 98%
 HNO3 65%
 Dụng cụ thí nghiệm :
 Thiết bị phản ứng pha lỏng
 Tủ sấy
 Phễu lọc chân không
 Vải lọc thô
 Thùng chứa
 Khay đựng mẫu
 Phễu nhỏ giọt
 Bình thủy tinh chịu nhiệt 2 lít
 Cân
II.1.2. Quy trình điều chế nhơm oxit
Qui trình điều chế Al2O3 gồm các giai đoạn sau:
 Giai đoạn điều chế dung dịch Natrialuminat

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

22

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Dung dịch NaOH sử dụng để điều chế natrialuminat là dung dịch kiềm 30%.
Quá trình được thực hiện trong thiết bị phản ứng pha lỏng, gia nhiệt 6 lít nước trong
thiết bị phản ứng pha lỏng đến nhiệt độ khoảng 1000C, đổ từ từ 2,5kg NaOH vào thiết
bị phản ứng, thu được dung dịch NaOH 30%, thêm tiếp 6kg bột nhôm hydroxyt tân
bình vào dung dịch trên. Đun hồi lưu hỗn hợp thu được. Trong quá trình cho NaOH
vào phải khuấy đều để sau khi kết thúc giai đoạn này đảm bảo pH > 12. Đây là điều
kiện để dung dịch NaAlO bền hơn.
2

Trong giai đoạn này ta loại này được hầu hết sắt và các tạp chất trong nhôm
hydroxyt
3+

-

Fe + 3 OH = Fe(OH) ↓
3

Kết thúc, lọc bằng chân không hay bằng vải thơ thu được dung dịch
natrialuminat.
Phương trình xảy ra : NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O
 Giai đoạn tạo kết tủa
Pha axit H2SO4 98% thành axit với nồng độ cần tiến hành.
Tiến hành cho nước vào thiết bị phản ứng pha lỏng, duy trì tốc độ khuấy. Cài
đặt lại nhiệt độ của dầu gia nhiệt, khi thiết bị phản ứng đạt nhiệt độ cần thiết, tiến
hành nhỏ giọt H2SO4 và NaAlO2 và kiểm tra giá trị pH (dùng giấy quỳ để kiểm tra
pH) đồng thời giảm tốc độ cánh khuấy xuống. Thu được kết tủa nhôm hydroxyt. Kết
thúc q trình nhỏ giọt, ngừng khuấy và để già hóa.
AlO- + H+ = AlO(OH)

2

Luôn luôn kiểm tra độ pH của dung dịch, trung bình kiểm tra mỗi phút mỗi
lần. Nếu độ pH khơng ổn định mẫu thu được có độ xốp không cao. Điều chỉnh độ pH
bằng cách điều chỉnh tốc độ nhỏ giọt của dung dịch axit H2SO4 và NaAlO2, thông
thường cố định tốc độ nhỏ giọt dung dịch NaAlO2 và điều chỉnh tốc độ nhỏ giọt dung
dịch axit.
Trong quá trình kết tủa thường tạo ra sản phẩm phụ như NaCl, NaNO3 …
Sự có mặt của NaCl, ion SO42- sẽ làm giảm bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của nhôm
GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

23

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

hydroxyt. Vì vậy, loại bỏ tạp chất khỏi kết tủa nhôm hydroxyt là giai đoạn quan trọng
của quá trình tổng hợp chất mang xúc tác.
Tiến hành lọc và rửa mẫu trong bình hút chân không, dùng nước cất để rửa,
lượng nước dùng cho mỗi lần rửa từ 4 ÷ 5 lít cho 100 g Al2O3, cho đến khi nước thải
lần cuối không còn ion SO42-. Điều này được kiểm tra bởi dung dịch BaCl2
2+

SO

4

2+

+ Ba = BaSO ↓

( Kết tủa màu trắng)

4

Kết thúc lọc, bỏ mẫu vào tủ sấy trong một thời gian nhất định. Thu được mẫu
ở dạng rắn, màu trắng.
II.1.3. Quy trình tạo hạt nhơm oxit.
Mẫu đã được nghiền mịn được trộn đều với dung dịch axit, ủ trong một
khoảng thời gian nhất định  q trình peptit hóa. Mẫu thu được cuối cùng đem đi tạo
viên (có nhiều phương pháp tạo viên để thu được viên có các hình dạng khác nhau).
Tiến hành nung các viên, tại nhiệt độ nung thích hợp Boehmite xảy ra q
trình chuyển pha tạo - Al2O3 và ta thu được viên xúc tác.
Quá trình tạo viên xúc tác được thực hiện theo sơ đồ sau:

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

24

SV TH: Đặng Thị Thùy


Đồ án tốt nghiệp

Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Quá trình điều chế Al2O3 có thể tóm tắt như sau:

Nhơm hydroxit

NaOH

Dung Dịch NaAlO2

H2 SO4

Khuấy
Axit hóa

Lọc chân khơng

Lọc thường

Sấy

Sấy

Boehmite

Nung

-Al2O3

GVHD: TS Vũ Thị Thu Hà

25

SV TH: Đặng Thị Thùy