Karena persyaratan untuk katalisis di bidang-bidang seperti pengilangan, industri kimia batubara, industri kimia halus, obat-obatan kimia, katalisis lingkungan, dll., terus meningkat, pembawa alumina murni tidak dapat lagi memenuhi persyaratan katalis, sehingga menyebabkan meningkatnya minat dalam penelitian teknologi persiapan bahan komposit berbasis alumina aktif. Material alumina dapat dibedakan menjadi material modifikasi berbasis alumina-dan material komposit berbasis alumina-. Yang pertama tidak mengubah struktur Al2O3, sedangkan yang kedua mengubah struktur kerangka. Bahan modifikasi berbasis alumina-terutama mengubah sifat permukaan Al2O3 dengan memasukkan aditif kecil seperti silika (SiO2), titanium dioksida (TiO2), unsur tanah jarang, fosfor, dll. Bahan yang dimodifikasi masih memiliki alumina sebagai struktur bodi utama, dan kandungan elemen yang dimodifikasi umumnya tidak melebihi 10%. Sebaliknya, material komposit berbasis alumina, mengandung aditif yang lebih tinggi seperti silika (SiO2), titanium dioksida (TiO2), unsur tanah jarang, dll., melalui metode preparasi spesifik, yang menghasilkan perbedaan signifikan pada struktur kerangka material alumina dibandingkan dengan material alumina tunggal.
Baik material modifikasi berbasis alumina-dan material komposit berbasis alumina-memiliki banyak sifat fisikokimia yang unik, seperti kemampuan untuk menyesuaikan interaksi antara pembawa dan komponen aktif, mengubah morfologi situs aktif, meningkatkan aktivitas atau selektivitas katalis, dll.
Bahan modifikasi berbasis alumina-:
Pengaruh modifikasi TiO2 terhadap sifat alumina:
Memasukkan TiO2 ke dalam pembawa alumina tidak hanya dapat mempengaruhi struktur pori dan keasaman permukaan pembawa tetapi juga mempengaruhi struktur elektronik komponen aktif setelah pembebanan, serta interaksi antara komponen aktif dan pembawa serta aktivitas katalis.
Pengaruh modifikasi TiO2 pada struktur pori:
Memasukkan titanium ke dalam bahan alumina untuk modifikasi mengakibatkan penurunan luas permukaan spesifik dan volume pori bahan yang dimodifikasi dengan meningkatnya jumlah titanium yang dimasukkan, terutama karena penempatan atom titanium di pori-pori alumina.
Efek struktural dari modifikasi TiO2:
Hal ini dapat meningkatkan interaksi antara komponen aktif logam dan pembawa.
Efek elektronik dari modifikasi TiO2:
Dalam reaksi hidrogenasi, TiO2 dapat bertindak sebagai promotor elektron, memfasilitasi transfer elektron dari pembawa ke logam, sehingga membantu menghasilkan situs tak jenuh yang lebih koordinatif dan meningkatkan aktivitas hidrogenasi katalis.
Metode umum modifikasi TiO2:
Modifikasi TiO2 biasanya dilakukan melalui metode seperti aditif serupa atau pengenalan ion logam. Metode persiapan yang umum mencakup kopresipitasi (pengendapan TO2 pada -Al2O3, sol aluminium, dll.), deposisi uap, impregnasi, dll.
Pengaruh modifikasi SiO2 terhadap sifat alumina:
SiO2 adalah pengubah alumina yang paling umum digunakan. Ia sendiri hampir tidak memiliki keasaman, tetapi bila dikombinasikan dengan Al2O3 sebagai aditif atau ketika membentuk oksida komposit SiO2-Al2O3, ia dapat sangat meningkatkan keasaman lemah permukaan Al2O3 dan menghasilkan asam Bronsted. Selain itu juga dapat meningkatkan interaksi antara pembawa dengan komponen logam aktif.
Dibandingkan dengan material Al2O3, material SiO2 memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar dan interaksi yang lebih lemah dengan komponen aktif logam. Pengenalan SiO2 untuk modifikasi Al2O3 dapat membantu meningkatkan dispersi komponen aktif pada pembawa. Memasukkan SiO2 dalam jumlah yang sesuai ke dalam Al2O3 dapat secara efektif mengurangi permukaan Al3+ Al2O3, melemahkan interaksi kuat antara komponen aktif dan pembawa dalam katalis.
Pengaruh modifikasi SiO2 pada struktur pori:
Memasukkan SiO2 ke dalam alumina dapat meningkatkan volume pori dan ukuran pori bahan alumina secara signifikan. Volume pori dan luas permukaan spesifik bahan pseudo-boehmite seri termodifikasi SiO2-yang dibuat oleh Perusahaan Sasol secara bertahap meningkat seiring dengan peningkatan kandungan SiO2 dari 1% menjadi 10%.
Pengaruh modifikasi SiO2 terhadap keasaman permukaan:
Reaksi katalitik asam-basa yang berbeda memerlukan sifat asam bahan yang berbeda: dalam isomerisasi, pertukaran hidrogen, dan reaksi lainnya, situs aktif katalitik terkonsentrasi di situs asam kuat; dalam perengkahan oktan normal, polimerisasi propilena, dan reaksi lainnya, situs aktif katalitik terkonsentrasi di situs asam lemah; sedangkan dalam reaksi dehidrasi, situs asam kuat dan situs asam lemah dapat berperan. Oleh karena itu, pemilihan pembawa dengan kekuatan, distribusi, dan jenis asam yang tepat sangat penting untuk memastikan aktivitas katalis.
Metode umum modifikasi SiO2:
Dalam pembuatan pseudo-boehmite, SiO2 dapat dimasukkan selama penuaan dengan memasukkan garam anorganik seperti natrium silikat sebagai sumber silikon, atau dengan memasukkannya sebelum penuaan. Karena struktur pori pseudo-boehmite telah terbentuk sebelum penuaan, baik dimasukkan sebelum atau selama penuaan, garam anorganik seperti natrium silikat mudah bersentuhan dengan pseudo-boehmite dalam bentuk agregat, sehingga menghasilkan kontak yang tidak merata antara SiO2 dan AlO, sehingga mempengaruhi sifat permukaan material SiO2-Al2O3. Oleh karena itu, cara paling umum untuk memasukkan SiO2 untuk modifikasi adalah dengan memasukkannya selama proses pencetakan, yaitu dengan mencampur dan mencetak pseudo-boehmite dan silika amorf-alumina, atau pencetakan setelah mengolah pseudo-boehmite yang tersedia secara komersial. Menggunakan silika-alumina amorf untuk modifikasi selama proses pencetakan reformasi pembawa katalis pra-hidrogenasi dapat secara signifikan meningkatkan luas permukaan spesifik dan keasaman permukaan pembawa dan katalis, dan katalis yang dibuat dengan pembawa alumina yang dimodifikasi silikon juga secara signifikan meningkatkan aktivitas hidrodesulfurisasi.
Modifikasi lain dan pengaruhnya terhadap sifat alumina:
Untuk meningkatkan stabilitas termal, kekuatan mekanik, struktur pori, dan sifat permukaan alumina, modifikasi senyawa anorganik yang umum digunakan antara lain modifikasi magnesium oksida, modifikasi oksida tanah jarang, modifikasi barium oksida, modifikasi borat, modifikasi fosfat, modifikasi surfaktan, modifikasi karbon hitam, dan modifikasi saringan molekuler, dll.
Modifikasi oksida tanah jarang:
Alumina memiliki setidaknya delapan jenis kristal, beberapa di antaranya homogen tetapi ada pula yang bersifat transisi, tetapi ketika suhu di atas 1200 derajat, semuanya berubah menjadi produk akhir stabil yang sama, -Al2O3. Di bidang katalisis, untuk meningkatkan stabilitas termal dan aktivitas katalitik alumina aktif, perlu dilakukan penghambatan transisi fasa alumina pada suhu kamar. Unsur tanah jarang memiliki distribusi elektron terluar yang khusus, jari-jari ionik yang lebih besar, titik leleh yang lebih tinggi, dan aktivitas kimia yang lebih tinggi. Sejumlah kecil yang ditambahkan ke alumina dapat meningkatkan stabilitas termal alumina secara signifikan.
Modifikasi oksida logam tanah jarang dapat ditambahkan selama pembuatan pembawa alumina atau setelah pembuatan pembawa alumina selesai, seperti dengan modifikasi impregnasi atau modifikasi pelapisan.
Modifikasi fosfor:
Fosfor, sebagai bahan tambahan penting untuk katalis hidrogenasi, dapat meningkatkan sifat elektrokimia permukaan dan keasaman permukaan katalis, mengurangi laju pengendapan karbon pada katalis, dan membantu katalis beroperasi secara stabil dalam jangka waktu lama. Memasukkan fosfor ke dalam alumina tidak hanya dapat mengubah aktivitas katalis hidrogenasi tetapi juga mengubah selektivitas katalis hidrogenasi.
Modifikasi saringan molekuler
Saringan molekuler memiliki-struktur kristal yang tertata rapi, ukuran mikropori yang seragam, luas permukaan spesifik yang sangat besar, kemampuan untuk bertukar kation dengan sifat katalitik karena muatan negatif kerangka yang seimbang, dan adanya sifat struktural khusus seperti komponen non-kerangka yang mungkin ada dalam struktur kerangka, menjadikan saringan molekuler sebagai katalis dan pembawa katalis yang efektif. Dibandingkan dengan saringan molekuler, aluminium oksida, sebagai salah satu komponen penting pembawa katalis, menunjukkan karakteristik seperti luas permukaan spesifik yang tinggi, volume pori yang besar, dan distribusi ukuran pori yang lebih luas. Menanamkan saringan molekuler ke dalam struktur aluminium oksida memungkinkan pembuatan katalis dengan kinerja katalitik yang unggul
Modifikasi boron
Pengaruh boron pada pembawa Al2O3 terutama terlihat dalam dua aspek: 1) penurunan jumlah pusat asam kuat dalam katalis dan peningkatan jumlah pusat asam lemah dan asam kuat sedang; 2) mengubah struktur dan morfologi pembawa Al2O3, mempengaruhi dispersi dan penumpukan komponen aktif pada pembawa.