Serbuk alumina merupakan bahan mentah perindustrian yang biasa, digunakan secara meluas dalam petrokimia, elektronik, bahan refraktori, seramik, bahan kasar, farmaseutikal dan aplikasi aeroangkasa.
Morfologi serbuk alumina berbeza-beza, dan morfologi yang berbeza sesuai dengan aplikasi yang berbeza. Pada masa ini, morfologi utama alumina termasuk membran berserat, berbutir, seperti plat, sfera, seperti rod dan berliang.
Antara bentuk-bentuk ini, zarah alumina sfera mempunyai morfologi yang sekata, luas permukaan spesifik yang agak kecil, ketumpatan pukal yang lebih tinggi dan kebolehaliran yang lebih baik. Sifat-sifat ini boleh meningkatkan prestasi produk akhir dengan ketara. Contohnya:
- Serbuk halus berbentuk sfera mempunyai sifat penekanan dan pensinteran yang baik, yang sangat bermanfaat untuk menghasilkan produk seramik berkualiti tinggi.
- Sebagai bahan pengisaran dan penggilap, alumina sfera boleh mencegah calar.
- 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.
- Apabila digunakan secara langsung sebagai mangkin, alumina sfera boleh mengurangkan haus, memanjangkan hayat mangkin dan mengurangkan kos pengeluaran.
Kaedah untuk Menyediakan Alumina Sfera
Seawal abad ke-20, para penyelidik mula mengkaji penyediaan bahan alumina sfera. Literatur melaporkan bahawa kaedah utama untuk menyediakan alumina sfera ultra halus termasuk pengilangan bebola, pemendakan homogen, kaedah sol-gel-emulsi, kaedah titisan, kaedah templat, penguraian aerosol, kaedah penyemburan dan kaedah nyalaan. Saiz zarah alumina sfera yang dihasilkan oleh kaedah ini adalah dari nanometer hingga milimeter.
1. Pengilangan Bola Kaedah
Kaedah penggilingan bebola merupakan proses mekanikal yang menggunakan media penggilingan untuk menghancurkan bahan alumina mentah menjadi zarah yang lebih kecil. Dengan mengawal kelajuan penggilingan, masa dan jenis media penggilingan, saiz zarah yang lebih seragam dapat diperoleh. Walau bagaimanapun, penggilingan bebola konvensional sahaja biasanya tidak dapat menghasilkan zarah sfera yang sempurna. Untuk meningkatkan kesferaan, penggilingan bebola sering digabungkan dengan rawatan haba atau pengeringan semburan berikutnya. Kaedah ini mudah, berkos rendah dan mempunyai kapasiti pengeluaran yang tinggi, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran serbuk alumina berskala besar, tetapi mendapatkan serbuk yang sangat sfera memerlukan pemprosesan selanjutnya.
2. Kaedah Pemendakan Homogen
Dalam pemendakan homogen, nukleus terbentuk dalam larutan, kemudian beragregat dan tumbuh, dan akhirnya termendak daripada larutan. Proses ini biasanya bukan keseimbangan. Walau bagaimanapun, jika kepekatan agen pemendakan dalam larutan homogen dikurangkan atau dihasilkan secara perlahan, sebilangan besar mikronukleus seragam boleh terbentuk. Zarah-zarah mendakan halus yang terhasil tersebar secara sekata ke seluruh larutan dan boleh mengekalkan keadaan kuasi-keseimbangan untuk jangka masa yang lama. Kaedah ini dipanggil kaedah pemendakan homogen.
Jika saiz zarah mendakan berada dalam julat koloid, kaedah ini juga dipanggil kaedah sol-gel. Kecuali dalam keadaan dengan kehadiran SO₄²⁻, secara amnya sukar untuk mencapai kesferaan serbuk alumina yang tinggi melalui gelasi zarah sol sahaja. Oleh itu, penyelidik memperkenalkan teknik pengemulsian, membentuk kaedah sol-gel-emulsi.
3. Kaedah Sol–Gel–Emulsi
Kaedah ini dibangunkan berdasarkan proses sol-gel. Kaedah sol-gel awal kebanyakannya digunakan untuk menyediakan sol alumina dan mengkaji struktur gel. Secara beransur-ansur, kaedah ini menjadi pendekatan biasa untuk menyediakan serbuk ultra halus. Untuk mendapatkan zarah serbuk sfera, penyelidik menggunakan tegangan antara muka antara fasa minyak dan air untuk menghasilkan titisan sfera kecil. Pembentukan dan pengegelan zarah sol berlaku dalam titisan mikro ini, akhirnya menghasilkan zarah mendakan sfera.
4. Kaedah Titisan
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. Kaedah Templat
Dalam kaedah templat, zarah koloid sfera bertindak sebagai templat teras. Melalui pemasangan, penjerapan, tindakan sol-gel atau tindak balas pemendakan, mikrosfera teras-cangkerang terbentuk di sekeliling templat. Templat teras kemudiannya disingkirkan melalui pelarutan pelarut atau pengkalsinan suhu tinggi, menghasilkan mikrosfera berongga. Kaedah ini dapat mengawal morfologi dengan tepat.
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. Kaedah Penguraian Aerosol
Penguraian aerosol biasanya menggunakan aluminium alkoksida sebagai bahan mentah. Disebabkan oleh hidrolisis dan sifat penguraiannya pada suhu tinggi, ia diwapkan dan kemudian dihidrolisiskan dengan menyentuh wap air, diikuti dengan pengeringan suhu tinggi atau penguraian terma langsung. Proses ini menukar aluminium alkoksida daripada gas kepada cecair kepada pepejal atau terus daripada gas kepada pepejal, membentuk serbuk alumina sfera. Peralatan eksperimen yang kompleks, termasuk unit pengabusan dan tindak balas, adalah kunci kepada kaedah ini.
7. Kaedah Penyemburan
Kaedah penyemburan dengan pantas mencapai transformasi fasa dan menggunakan tegangan permukaan untuk menghasilkan zarah sfera. Ia boleh dibahagikan kepada pirolisis semburan, pengeringan semburan dan pencairan semburan.
- Pirolisis semburan: Larutan prekursor diatomkan menjadi titisan halus, yang menjalani tindak balas fizikal dan kimia dalam relau suhu tinggi, membentuk zarah sfera.
- Pengeringan semburan: Suapan bendalir disembur ke dalam aliran udara panas, mengeringkan suspensi atau buburan berasaskan air menjadi zarah pepejal. Pemindahan haba dan jisim yang cepat menghasilkan sfera berongga atau pepejal.
- Semburan pencairan: Menggunakan RF atau plasma gandingan induktif, alumina cair dengan cepat dan kemudian disejukkan dengan cepat dengan menyembur untuk menghasilkan alumina sfera.
8. Kaedah Hidroterma
Dalam kaedah hidroterma, bahan mentah dan pemendak dicampur secara seragam dan diletakkan di dalam bekas yang tertutup rapat, biasanya dengan pelapik PTFE, dan kemudian dimasukkan ke dalam ketuhar. Persekitaran tertutup suhu tinggi dan tekanan tinggi perlahan-lahan menghidrolisis larutan untuk memendakkan prekursor alumina. Prekursor ini kemudiannya disentrifugasi, dibasuh dan dikalsinasi untuk menghasilkan serbuk alumina sfera.
9. Kaedah Api
Kaedah nyalaan, juga dikenali sebagai sferoidisasi nyalaan atau peleburan nyalaan, menggunakan nyalaan suhu tinggi untuk mencairkan serbuk mentah dan menyejukkannya menjadi bentuk sfera. Dalam proses ini, serbuk alumina halus dimasukkan ke dalam medan suhu tinggi yang dihasilkan oleh nyalaan gas-oksigen, mencair dan memejal menjadi sfera akibat tegangan permukaan. Kelebihannya termasuk pengeluaran yang boleh dikawal, kemudahan peningkatan skala perindustrian, kesferaan yang tinggi dan ketulenan yang tinggi.
Ringkasan
Setiap kaedah untuk menyediakan alumina sfera mempunyai ciri-cirinya:
- Pengisaran bebola adalah mudah, berkos rendah dan menghasilkan output yang tinggi tetapi tidak dapat menghasilkan serbuk sfera dengan mudah.
- Pemendakan homogen adalah ringan, tetapi menghasilkan serbuk sfera biasanya memerlukan aluminium sulfat, yang menghasilkan sulfida berbahaya semasa pengkalsinan.
- Kaedah sol-gel-emulsi memerlukan sejumlah besar pelarut organik dan surfaktan, dan mengasingkan serbuk sfera daripada emulsi adalah rumit. Mengekalkan kesferaan semasa pengeringan dan pengkalsinan adalah sukar.
- Kaedah titisan sesuai untuk zarah yang besar dan seragam tetapi memerlukan minyak panas dan masa titisan yang lama.
- Kaedah templat bergantung pada kualiti templat yang ketat untuk mengawal morfologi serbuk.
- Kaedah penguraian dan penyemburan aerosol boleh menghasilkan serbuk sfera skala mikron hingga nano dan lebih mudah untuk diindustrialisasikan, walaupun ia memerlukan peralatan yang kompleks.
"Terima kasih kerana membaca. Saya harap artikel saya membantu. Sila tinggalkan komen di bawah. Anda juga boleh menghubungi wakil pelanggan dalam talian Zelda untuk sebarang pertanyaan lanjut."
- Dihantar oleh Emily Chen