I.4.1. Ứng dụng của Al2O3 nói chung.
Các ứng dụng quan trọng của ôxit nhôm là làm chất hấp phụ, chất xúc tác hoặc chất mang xúc tác. Trong đó, ứng dụng quan trọng nhất là làm chất mang xúc tác. Tuỳ lĩnh vực sử dụng và dạng Al2O3 được sử dụng mà nó là chất mang xúc tác trơ, có tương tác với nền hay chất mang đa chức năng.
Khi được sử dụng làm chất mang trơ, người ta thường dùng chủ yếu là dạng alpha vì nó có tính trơ hoá học, bền cơ học … nên có thể chịu đựng được những điều kiện môi trường khắc nghiệt. Mặt khác, do có tính chất trơ về mặt hoá học nên nó không gây ra các phản ứng phụ không mong muốn, không làm mất hoạt tính hóa học và tính chất chọn lọc của xúc tác và đặc biệt là không có khả năng gây ngộ độc xúc tác.
Đối với chất mang có tương tác với nền, các yếu tố và các quá trình xử lý có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc phân bố, hoạt hoá và tạo độ bền cho xúc tác.
Đối với chất mang đa chức năng, ngoài chức năng thông thường như: phân tán pha hoạt động của xúc tác, tăng diện tích tiếp xúc của pha hoạt động xúc tác với môi trường, ngăn cản quá trình thiêu kết và tái kết tinh pha hoạt động, tăng độ bền, tăng khả năng truyền nhiệt của xúc tác…nó còn có vai trò hỗ trợ xúc tác giống như một xúc tác thứ 2. Trong lĩnh vực này, gamma nhôm oxit thường được sử dụng.
Một số ứng dụng quan trọng của oxit nhôm trong công nghiệp được tóm tắt trong bảng 1:
Bảng 1: Một số ứng dụng của oxit nhôm.
Các ứng dụng Vai trò của Al2O3 Ví dụ sản xuất
Ankyl hoá Xúc tác Phenol
Dehyđrô hoá Xúc tác Axit focmic
Isome hoá Xúc tác
Chất mang
1- metylxyclohexan Isophtaonitril
Hydrô desunfua hoá Chất mang Tinh chế dầu
Hyđrô denitơ hoá Chất mang Tinh chế dầu
Reforminh và vòng hoá Xúc tác và Chất mang
Phenolhydrozon Cyclohexan
Cracking Xúc tác
và Chất mang
Hyđrôcacbon Naphtalen
Hyđrô hoá Xúc tác
và Chất mang
Etyl ete Ancol không no
Polyme hoá Xúc tác
và Chất mang
Xyclolefin Etylenoxit
Oxi hoá từng phần Chất mang Etylenoxit
I.4.2. Ứng dụng của γ- Al2O3.
Do có các đặc tính là bề mặt riêng lớn, cấu trúc xốp, hoạt tính cao, bền cơ, bền nhiệt nên γ- Al2O3 được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lọc hóa dầu, xúc tác cho các phản ứng hóa học, chất hấp phụ…
a. Ứng dụng trong lọc hóa dầu:
Trong công nghệ lọc hóa dầu γ- Al2O3 được dùng làm xúc tác để tách các cấu tử không mong muốn, bảo vệ thiết bị lọc dầu, tăng chất lượng sản phẩm. Quá trình Clause, γ- Al2O3 được sử dụng nhằm chuyển hóa H2S thành muối sunfua.
Trong quá trình xử lý bằng hydro, γ- Al2O3 được sử dụng như một chất mang xúc tác để tách các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh, nitơ
Trong quá trình isome hóa, γ- Al2O3 làm chất mang để phân tán Pt tạo xúc tác Pt/γ- Al2O3 cho phản ứng. Ngày nay Pt/γ- Al2O3 cũng được sử dụng làm xúc tác lưỡng chức trong quá trình reforming, trong đó Pt mang chức năng oxy hóa khử, xúc tiến cho phản ứng hydro hóa, dehydro hóa còn Al2O3 là chất mang có tính axit, đóng vai trò chức năng axit – bazơ thúc đẩy phản ứng izome hóa, hydrocracking.
b. Ứng dụng làm chất hấp phụ:
Do có thể tích mao quản và diện tích bề mặt lớn, một trong những ứng dụng chính của γ- Al2O3 MQTB là làm chất hấp phụ. Nhôm oxit có vai trò quan trọng trong việc làm khô chất lỏng và khí, hấp phụ chọn lọc trong ngành xăng dầu
Nhôm oxit MQTB có thể hấp phụ hơi nước trong quá trình bảo quản mức độ ẩm của không khí trong các thiết bị, máy móc đặc biệt và kho chứa, làm khô các vật liệu ở nhiệt độ thấp, bảo vệ các tranzito và các phần tử bán dẫn.
γ- Al2O3 MQTB có thể hấp phụ hỗn hợp của các hydrocacbon nhẹ (C1 – C3), hoặc các khí có nhiệt độ sôi thấp. Để làm giàu và tinh chế các phân đoạn dầu như phân tách các hợp chất vòng từ các parafin hay olefin thì nhôm oxit có thể hấp phụ hỗn hợp các vòng thơm, vòng no. Nhôm oxit cũng có thể hấp phụ hỗn hợp
của các hydrocacbon chưa bão hòa có nhiệt độ sôi cao, các hợp chất màu từ sáp, dầu, chất béo
Nhôm oxit MQTB hấp phụ hỗn hợp khí có nhiệt độ sôi thấp như: các khí hiếm, không khí, nitơ oxit, metan, axetylen trong quá trình phân tách.
Trên thực tế Mitsubishi Heavy Industries đã sử dụng nhôm oxit MQTB cho quá trình thu hồi các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC). Do có diện tích bề mặt lớn mà người ta có thể thực hiện quá trình hấp phụ VOC ở ngay nhiệt độ thường.
Sự hấp phụ bão hòa xẩy ra với dòng không khí nóng ở 120 ÷ 1500C I.4.3. Triển vọng phát triển sản xuất γ-Al2O3
Kết quả thăm dò địa chất đã phát hiện trên lãnh thổ nước ta có trữ lượng quặng boxit phong phú ở cả Miền Bắc và Miền Nam Việt Nam. Tổng trữ lượng quặng boxit của Việt Nam ước tính khoảng 8 tỷ tấn, trong đó có 7,6 tỷ tấn ở các tỉnh Tây Nguyên. Với trữ lượng như vậy, nước ta đứng trong số các nước có trữ lượng bôxit lớn trên thế giới
Nước ta nằm trong khu vực có nhu cầu nhập khẩu nhôm vào loại lớn nhất trên thế giới. Hàng năm các nước ASEAN, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đài Loan phải nhập trên 4 triệu tấn nhôm, Trung Quốc và Nga nhập 3-4 triệu tấn alumin để điện phân nhôm. Với vị trí địa lý thuận lợi và mối quan hệ kinh tế truyền thống, đây là thị trường khu vực tiềm tàng cho các sản phẩm nhôm của nước ta.
Tuy là nước có trữ lượng quặng nhôm khá lớn nhưng nếu chỉ xuất khẩu quặng hoặc các sản phẩm đơn giản thì giá trị kinh tế đạt được không cao. Do đó cần phải nghiên cứu xây dựng các nhà máy chế biến sản xuất các vật liệu nhôm đặc biệt là γ-Al2O3. Dưới đõy là một số dẫn chứng để thấy rừ giỏ trị kinh tế khi nghiên cứu và phát triển sản xuất γ-Al2O3:
Nhà máy lọc dầu số 1 Dung Quất cũng phải nhập nhôm oxit hoạt tính và xúc tác chứa nhôm (nạp máy lần đầu cần ~ 100T γ-Al2O3). Trong thời gian tới
nước ta sẽ xây dựng thêm một số nhà máy lọc dầu và như vậy nhu cầu về xúc tác γ-Al2O3 ngày càng tăng lên.
Hiện nay tại Khánh Hoà đang sử dụng γ-Al2O3 để Xử lý nước bị nhiễm flo cho nhân dân Ninh Hoà. γ-Al2O3 phải nhập hoàn toàn từ nước ngoài.
Hiện nay các công trình nghiên cứu về sản xuất xúc tác γ-Al2O3 đang được quan tâm đáng kể. Chúng ta hoàn toàn có thể hiện thực hóa các công trình nghiên cứu đó để áp dụng vào thực tế.
Dựa trên nguồn tài nguyên quặng nhôm dồi dào chúng ta có thể dùng một phần để sản xuất γ-Al2O3 với giá trị kinh tế cao
Nghiên cứu về γ-Al2O3 không ngừng được mở rộng chính vì thế triển vọng phát triển sản xuất γ-Al2O3 ở nước ta là rất lớn.