Парашок аксіду алюмінію з'яўляецца распаўсюджанай прамысловай сыравінай, шырока выкарыстоўваецца ў нафтахіміі, электроніцы, вогнетрывалых матэрыялах, кераміцы, абразівах, фармацэўтычнай і аэракасмічнай прамысловасці.
Марфалогія парашка аксіду алюмінію адрозніваецца, і розныя марфалогіі падыходзяць для розных ужыванняў. У цяперашні час асноўнымі марфалогіямі аксіду алюмінію з'яўляюцца валакністыя, грануляваныя, пласціністыя, сферычныя, стрыжнепадобныя і сітаватыя мембраны.
Сярод гэтых формаў сферычныя часціцы аксіду алюмінію маюць рэгулярную марфалогію, адносна невялікую ўдзельную паверхню, больш высокую аб'ёмную шчыльнасць і лепшую цякучасць. Гэтыя ўласцівасці могуць значна палепшыць характарыстыкі канчатковых прадуктаў. Напрыклад:
- Сферычныя дробныя парашкі валодаюць добрымі ўласцівасцямі прэсавання і спякання, што вельмі карысна для вытворчасці высакаякасных керамічных вырабаў.
- Як шліфавальны і паліравальны матэрыял, сферычны аксід алюмінію можа прадухіліць драпіны.
- In the petrochemical industry, the pore size distribution and structure of alumina carriers are increasingly critical. Spherical alumina powders can adjust particle size distribution to control the pore structure of catalyst carrier particles.
- Пры непасрэдным выкарыстанні ў якасці каталізатара сферычны аксід алюмінію можа паменшыць знос, падоўжыць тэрмін службы каталізатара і знізіць вытворчыя выдаткі.
Метады атрымання сферычнага аксіду алюмінію
Яшчэ ў XX стагоддзі даследчыкі пачалі вывучаць атрыманне сферычных матэрыялаў з аксіду алюмінію. У літаратуры паведамляецца, што асноўнымі метадамі атрымання ультратонкага сферычнага аксіду алюмінію з'яўляюцца шарыкавы млын, гамагеннае асаджэнне, золь-гель-эмульсійны метад, кропельны метад, шаблонны метад, аэразольнае раскладанне, метад распылення і метад полымя. Памер часціц сферычнага аксіду алюмінію, атрыманага гэтымі метадамі, вагаецца ад нанаметраў да міліметраў.
1. Шарыкавы фрэзер Метад
Метад шаровага памолу — гэта механічны працэс, у якім выкарыстоўваюцца мелючыя асяроддзі для драбнення сыравіны з аксіду алюмінію на больш дробныя часціцы. Кантралюючы хуткасць памолу, час і тып мелючых асяроддзяў, можна атрымаць больш аднастайныя памеры часціц. Аднак звычайны шаровы памол сам па сабе звычайна не можа даць ідэальных сферычных часціц. Для паляпшэння сферычнасці шаровы памол часта спалучаюць з наступнай тэрмічнай апрацоўкай або распыляльнай сушкай. Гэты метад просты, недарагі і мае высокую вытворчую магутнасць, што робіць яго прыдатным для масавай вытворчасці парашкоў аксіду алюмінію, але атрыманне высокасферычных парашкоў патрабуе далейшай апрацоўкі.
2. Метад аднародных асадкаў
Пры аднародным асаджэнні зародкі ўтвараюцца ў растворы, затым агрэгуюцца і растуць, і, нарэшце, выпадаюць у асадак з раствора. Гэты працэс звычайна нераўнаважны. Аднак, калі канцэнтрацыя асадкавых рэчываў у аднародным растворы зніжаецца або павольна ўтвараецца, можа ўтварыцца вялікая колькасць аднастайных мікразародкаў. У выніку дробныя часціцы асадка раўнамерна размеркаваны па ўсім растворы і могуць падтрымліваць квазіраўнаважны стан на працягу доўгага часу. Гэты метад называецца метадам аднароднага асаджэння.
Калі памер часціц асадка знаходзіцца ў калоідным дыяпазоне, гэты метад таксама называюць золь-гель метадам. За выключэннем умоў прысутнасці SO₄²⁻, звычайна цяжка дасягнуць высокай сферычнасці парашка аксіду алюмінію шляхам гелеўтварэння толькі часціц золя. Таму даследчыкі ўвялі метады эмульгавання, сфарміраваўшы золь-гель-эмульсійны метад.
3. Золь-гель-эмульсійны метад
Гэты метад распрацаваны на аснове золь-гель працэсу. Раннія золь-гель метады ў асноўным выкарыстоўваліся для падрыхтоўкі золяў алюмінію і вывучэння структуры геляў. Паступова гэты метад стаў распаўсюджаным падыходам для падрыхтоўкі ультратонкіх парашкоў. Каб атрымаць сферычныя часціцы парашка, даследчыкі выкарыстоўваюць міжфазнае нацяжэнне паміж фазамі алею і вады для стварэння драбнюткіх сферычных кропель. Утварэнне і гелеўтварэнне часціц золя адбываюцца ўнутры гэтых мікракропель, у выніку чаго ўтвараюцца сферычныя часціцы асадка.
4. Метад кропель
The droplet method involves dripping alumina sol into an oil layer (usually paraffin or mineral oil). Surface tension forms spherical sol droplets, which then gel in an ammonia solution. The gelled particles are dried and calcined to produce spherical alumina. This method is an improvement of the sol–gel–emulsion process, applying the emulsion technique to the sol aging stage while keeping the oil phase stationary. It avoids the separation process of powder from oil reagents. However, this method is typically used for larger particle sizes and mainly for adsorbents or catalyst carriers.
5. Метад шаблонаў
У метадзе шаблонаў сферычныя калоідныя часціцы выступаюць у якасці асноўнага шаблона. Шляхам зборкі, адсорбцыі, золь-гель рэакцыі або рэакцый асаджэння вакол шаблона ўтвараецца мікрасфера тыпу «ядро-абалонка». Затым асноўны шаблон выдаляецца шляхам растварэння ў растваральніку або высокатэмпературнай кальцынацыі, у выніку чаго ўтвараюцца полыя мікрасферы. Гэты метад дазваляе дакладна кантраляваць марфалогію.
Depending on the template, it is divided into hard and soft template methods. Hard templates include monodisperse inorganic, resin (micro) nanoparticles, and polymer templates. Soft templates mainly involve emulsion droplets or (reverse) micelles in solution, where chemical reactions at the interface form the core–shell structure.
6. Метад раскладання аэразоля
Для раскладання ў якасці сыравіны для аэразоляў звычайна выкарыстоўваецца алкалоід алюмінію. Дзякуючы ўласцівасцям гідролізу і раскладання пры высокай тэмпературы, ён выпараецца, а затым гідралізуецца пры кантакце з вадзяной парай, пасля чаго праводзіцца сушка пры высокай тэмпературы або прамое тэрмічнае раскладанне. Гэты працэс пераўтварае алкалоід алюмінію з газападобных у вадкія і цвёрдыя станы або непасрэдна з газападобных у цвёрдыя, утвараючы сферычныя парашкі аксіду алюмінію. Складанае эксперыментальнае абсталяванне, у тым ліку блокі распылення і рэакцыі, з'яўляецца ключом да гэтага метаду.
7. Спосаб распылення
Метад распылення хутка дасягае фазавага пераўтварэння і выкарыстоўвае павярхоўнае нацяжэнне для атрымання сферычных часціц. Яго можна падзяліць на распыляльны піроліз, распыляльную сушку і распыляльнае плаўленне.
- Распыляльны піроліз: Раствор-папярэднік распыляецца на дробныя кроплі, якія ў высокатэмпературнай печы падвяргаюцца фізічным і хімічным рэакцыям, утвараючы сферычныя часціцы.
- Распыляльная сушка: Вадкая сыравіна распыляецца ў струмень гарачага паветра, высушваючы суспензію або пульпу на воднай аснове, ператвараючы яе ў цвёрдыя часціцы. Хуткі перанос цяпла і масы прыводзіць да ўтварэння полых або цвёрдых сфер.
- Распыляльнае плаўленне: З дапамогай радыёчастотнай або індуктыўна звязанай плазмы аксід алюмінію хутка плавіцца, а затым хутка астуджаецца распыленнем для атрымання сферычнага аксіду алюмінію.
8. Гідратэрмальны метад
Пры гідратэрмічным метадзе сыравіна і асадкі раўнамерна змешваюцца і змяшчаюцца ў герметычны кантэйнер, звычайна з PTFE-ўкладышам, а затым у печ. Высокатэмпературнае і высокаціскавае герметычнае асяроддзе павольна гідралізуе раствор, каб абкласці папярэднікі аксіду алюмінію. Затым гэтыя папярэднікі цэнтрыфугуюцца, прамываюцца і кальцынуюцца для атрымання сферычных парашкоў аксіду алюмінію.
9. Метад полымя
Метад полымя, таксама вядомы як сфераідацыя полымя або плаўленне полымем, выкарыстоўвае высокатэмпературнае полымя для плаўлення сырога парашка і астуджэння яго да сферычнай формы. У гэтым працэсе дробна парашкападобны аксід алюмінію падаецца ў высокатэмпературнае поле, якое ствараецца газава-кіслародным полымем, плавіцца і застывае ў сферы дзякуючы павярхоўнаму нацяжэнню. Перавагі ўключаюць кантраляваную вытворчасць, лёгкасць прамысловага маштабавання, высокую сферычнасць і высокую чысціню.
Кароткі змест
Кожны метад атрымання сферычнага аксіду алюмінію мае свае характарыстыкі:
- Шарыкавы млын просты, недарагі і высокапрадукцыйны, але не можа лёгка вырабляць сферычныя парашкі.
- Аднароднае асаджэнне адбываецца ўмерана, але для атрымання сферычных парашкоў звычайна патрабуецца сульфат алюмінію, які падчас кальцынацыі ўтварае шкодныя сульфіды.
- Золь-гель-эмульсійны метад патрабуе вялікай колькасці арганічных растваральнікаў і павярхоўна-актыўных рэчываў, і аддзяленне сферычных парашкоў ад эмульсіі з'яўляецца складанай задачай. Захаванне сферычнасці падчас сушкі і кальцынацыі з'яўляецца складаным.
- Кропельны метад падыходзіць для буйных, аднастайных часціц, але патрабуе гарачага алею і працяглага часу капання.
- Метад шаблонаў абапіраецца на строгі кантроль якасці шаблонаў для кантролю марфалогіі парашка.
- Метады раскладання і распылення аэразоляў могуць ствараць сферычныя парашкі памерам ад мікран да нанамаштабу і прасцей у прамысловым выкарыстанні, хоць і патрабуюць складанага абсталявання.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн