Подложка катализатора из оксида алюминия

Подложка катализатора из оксида алюминия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область действия изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится к способу получения оксида алюминия, который подходит для применения в качестве подложки катализатора для обработки продуктов сгорания из двигателей внутреннего сгорания.

Уровень техники

[0002] Продукты сгорания из двигателей внутреннего сгорания, как известно, представляют собой опасность для здоровья человека, животных, а также растительной жизни. Загрязнителями являются, в общем случае, несгоревшие углеводороды, монооксид углерода, оксиды азота, а также остаточные количества серы и соединений серы. Каталитические нейтрализаторы продуктов сгорания должны удовлетворять жестким требованиям, касающимся характеристик запуска, эффективности, долговечности, механической стабильности, а также экономической эффективности, чтобы быть пригодными для применения в транспортных средствах. Загрязняющие вещества, такие как несгоревшие углеводороды, монооксид углерода, а также оксиды азота, успешно подвергались обработке путем приведения в контакт с многофункциональными катализаторами из благородных металлов, способными превращать высокий процент загрязняющих веществ в менее вредные продукты, такие как диоксид углерода, вода (пар) и азот. Тем не менее, известно, что сера и соединения серы, присутствующие в топливе и, в свою очередь, в продуктах сгорания, отравляют благородные металлы, приводя к уменьшению их каталитической эффективности и срока службы.

[0003] «Каталитический преобразователь», применяемый для превращения вредных загрязнителей в безвредные газы, обычно состоит из трех компонентов, а именно каталитически активного металла, подложки, на которой диспергирован активный металл, и субстрата, на который нанесена или «намыта (нанесена по мокрой технологии)» подложка.

[0004] Каталитические металлы, способные вызывать эффективное превращение вредных загрязнителей, наподобие монооксида углерода, оксидов азота и несгоревших углеводородов, в различных встречающихся условиях, представляют собой благородные металлы, обычно металлы платиновой группы, такие как платина, палладий, родий, и смеси указанных металлов. Указанные катализаторы из благородных металлов хорошо известны в данной области техники и более полно описаны, например, в DE 053830318.

[0005] Благородный металл обычно наносят на подложку из неорганических оксидов с большой удельной поверхностью, таких как частицы оксида алюминия с большой удельной поверхностью. Оксид алюминия с большой удельной поверхностью наносят или «намывают (наносят по мокрой технологии» на керамический или металлический субстрат, такой как сотовый монолит или проволочная сетка, или подобная структура. Также возможно наносить благородные металлы на подложку после нанесения подложки на монолит по мокрой технологии.

[0006] Нанокристаллический оксид алюминия применяют в качестве подложки катализатора благодаря наличию большой удельной поверхности и хорошей термической стойкости по отношению к слипанию частиц и спеканию при повышенных температурах. Тем не менее, оксид алюминия подвергается сильному воздействию серы и сернистых соединений, содержащихся в топливе и, в свою очередь, в продуктах сгорания, что приводит к накапливанию SO₄ ^- на поверхности оксида алюминия. Будучи адсорбированы указанным образом, сернистые соединения, как известно, отравляют катализаторы из благородных металлов, особенно катализаторы, изготовленные из металлической платины, вызывая уменьшение активности и срока эффективной службы каталитической системы.

[0007] Диоксид кремния слабо взаимодействует с серой и сернистыми соединениями и не проявляет склонности к накапливанию сульфатов. Тем не менее, диоксид кремния не проявляет гидротермической стабильности, необходимой для создания подложек для высокопроизводительных катализаторова, предназначенных для регулирования выбросов, и, следовательно, не является материалом выбора для изготовления подложки катализатора для указанных применений. Поэтому было бы желательно модифицировать поверхность оксида алюминия оксидом кремния с тем, чтобы получить материал, в котором были бы объединены структурные характеристики оксида алюминия и химические свойства оксида кремния.

[0008] В WO 2008/045175 описана структура, содержащая пористый дисперсный оксид алюминия, несущий на своей поверхности тонкое покрытие оксида кремния, полученный путем формирования дисперсного оксида алюминия в водной суспензии, смешивания полученной суспензии с материалом-предшественником оксида кремния, обработки указанной смеси кислотой с образованием водной суспензии обработанных частиц оксида алюминия, промывки суспензии для удаления материалов щелочных металлов, высушивания суспензии распылением с получением высушенных частиц, с последующим обжигом высушенных частиц с образованием оксида алюминия с высокой удельной поверхностью, имеющего тонкое покрытие оксида кремния на поверхности.

[0009] Существует необходимость в создании подложки катализатора из оксида алюминия, способной усиливать активность благородных металлов по превращению монооксида углерода и углеводородных материалов в диоксид углерода и воду, в то же время демонстрирующей высокую устойчивость к присутствию серы и сернистых соединений, при помощи более простого способа.

[00010] Кроме того, желательно создание подложки катализатора из оксида алюминия, способной усиливать активность благородных металлов, в частности металлической платины, по конверсии вредных продуктов сгорания из двигателей внутреннего сгорания, особенно дизельных двигателей, в более экологически безопасные продукты и проявляющей указанную активность в течение более долгого срока эксплуатации благодаря улучшенной устойчивости к присутствию серы и сернистых соединений, и обеспечение улучшенных свойств по сравнению с предшествующими материалами подложки катализатора из оксида алюминия.

Краткое описание изобретения

[00011] В первом аспекте настоящее изобретение относится к пористому оксиду алюминия с высокой удельной поверхностью и высоким объемом пор, содержащему:

оксид алюминия,

необязательно, оксид кремния и алюмосиликаты, и

необязательно, одну или более легирующих добавок,

причем указанный оксид алюминия имеет удельную площадь поверхности от примерно 100 до примерно 500 квадратных метров на грамм и общий объем пор после обжига при 900°C в течение 2 часов, больший или равный 1,2 кубических сантиметров на грамм, при этом 15% или меньше от общего объема пор составляют поры, имеющие диаметр менее 10 нм.

[00012] В одном из вариантов реализации, пористый оксид алюминия согласно первому аспекту настоящего изобретения содержит оксид кремния и алюмосиликаты и обладает пониженной адсорбцией соединений серы.

[00013] Во втором аспекте настоящее изобретение относится к катализатору, содержащему:

(a) пористый оксид алюминия согласно первому аспекту настоящего изобретения, и

(b) благородный металл, диспергированный на устойчивом к сере пористом оксиде алюминия с высокой удельной поверхностью и высоким объемом пор.

[00014] В третьем аспекте настоящее изобретение относится к способу получения пористого оксида алюминия с высокой удельной поверхностью и высоким объемом пор, включающему:

получение суспензии частиц гидрата алюминия в водной среде при pH примерно от 4 до менее 6,

доведение pH суспензии частиц гидрата алюминия в водной среде до кислотного pH примерно от 8 до менее 11,

выделение частиц гидрата алюминия из водной среды при кислотном pH,

высушивание выделенных частиц оксида алюминия, и

обжиг высушенных частиц оксида алюминия с получением пористого оксида алюминия с высокой удельной поверхностью и высоким объемом пор.

[00015] Устойчивый к сере оксид алюминия, полученный при помощи способа согласно настоящему изобретению, имеет высокую удельную поверхность, высокий удельный объем пор и высокий средний диаметр пор, причем относительно небольшую часть общего объема пор составляют маленькие поры, имеет хорошую термостойкость, а также низкую адсорбцию по отношению к соединениям серы и обеспечивает весьма желательную подложку для нанесения катализатора из благородного металла. Полученный каталитический продукт обладает улучшенной активностью по обработке вредных выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания, особенно дизельных двигателей, при этом имея более длительный период работы благодаря улучшенной устойчивости к сере и сернистым продуктам.

Краткое описание фигур

[00016] На ФИГ.1 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C1 после обжига при 1050 градусах Цельсия («°C») в течение 2 часов. В каждом случае точки на графике логарифмической производной распределения пор по размерам, представленном на данной фигуре, показывают точку dV/d(log D), где «V» представляет собой объем пор, выраженный в кубических сантиметрах на грамм («см³/г») или миллилитрах на грамм («мл/г»), а «D» представляет собой размер пор (диаметр или ширину), выраженный в нанометрах («нм») или в микрометрах («микроны»).

[00017] На ФИГ.2 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов. В каждом случае точки на графике суммарного распределения пор по размерам, представленном на данной фигуре, показывают точку суммарного объема пор, выраженного в см³/г или мл/г, в зависимости от размера пор (диаметра или ширины), выраженного в нм или микронах.

[00018] На ФИГ.3 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00019] На ФИГ.4 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00020] На ФИГ.3 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00021] На ФИГ.4 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00022] На ФИГ.5 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Сравнительного Примера C2 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00023] На ФИГ.6 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Примера 1 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00024] На ФИГ.6 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Примера 1 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00025] На ФИГ.7 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Примера 1 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00026] На ФИГ.8 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Примера 1 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00027] На ФИГ.9 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции устойчивого к сере оксида алюминия из Примера 1 после обжига при 1050°C в течение 2 часов.

[00028] На ФИГ.10 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 2 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00029] На ФИГ.11 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 2 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00030] На ФИГ.12 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 2 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00031] На ФИГ.13 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции из Примера 2 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00032] На ФИГ.14 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 3 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00033] На ФИГ.15 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи азотной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 3 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00034] На ФИГ.16 показан суммарный график распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции оксида алюминия из Примера 3 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

[00035] На ФИГ.17 показан график логарифмической производной распределения пор по размерам, полученный при помощи ртутной порометрии, для композиции из Примера 3 после обжига при 900°C в течение 2 часов.

Подробное описание изобретения

[00036] Настоящее изобретение относится к усовершенствованной подложке из оксида алюминия для создания катализаторов из благородных металлов. В одном из вариантов реализации, указанная подложка из оксида алюминия представляет собой устойчивый к сере оксид алюминия, подходящий для создания каталитического нейтрализатора продуктов сгорания, имеющего повышенную устойчивость к сере, обычно обнаруживаемой в потоках выхлопных газов из двигателей внутреннего сгорания и подобных источников, и, следовательно, позволяющей достичь меньшего отравления благородного металла полученного катализатора, чем в катализаторах с использованием подложек, изготовленных обычным способом.

[00037] Подложка согласно настоящему изобретению в общем находится в виде частиц, включающих оксид алюминия, на поверхности которого имеется тонкий слой оксида кремния.

[00038] Следующие термины, применяемые в настоящем описании и приложенной формуле изобретения, имеют следующие определения:

[00039] Термин «в виде частиц» относится к частицам определенной формы, имеющим форму порошка, гранул, экструдата и подобную форму. В настоящем описании указанный термин применяют в отношении ядер, подложек, а также конечных продуктов из благородных металлов на подложке.

[00040] Термин «оксид алюминия» относится к любой форме оксида алюминия, чистого или в смеси с небольшими количествами других металлов и/или оксидов металлов.

[00041] Термин «с покрытием оксида кремния» относится к обогащенной оксидом кремния поверхности оксида алюминия в виде частиц с высокой удельной поверхностью согласно настоящему изобретению.

[00042] Термин «адсорбированный» или «адсорбция» будет относиться собирательно к явлениям адсорбции (способности удерживать или концентрировать газы, жидкости или растворенные вещества на поверхности адсорбента, например оксида алюминия) и абсорбции (способности удерживать или концентрировать газы, жидкости или растворенные вещества в объеме абсорбента, например оксида алюминия), при помощи химического взаимодействия, которое может быть ионным, ковалентным или смешанной природы, или при помощи физических сил.

[00043] Термин «сернистый материал» относится к сере, оксидам серы и соединениям, содержащим атомы серы.

[00044] В одном из аспектов настоящее изобретение относится к способу получения дисперсного оксида алюминия с высокой удельной поверхностью и дисперсному оксиду алюминия с высокой удельной поверхностью (каждый из которых относится к варианту реализации настоящего изобретения, касающемуся «оксида алюминия»). В альтернативном аспекте настоящее изобретение относится к способу получения дисперсного оксида алюминия с высокой удельной поверхностью, устойчивого к сере, имеющего на своей поверхности тонкий слой оксида кремния, мелкодисперсному оксиду алюминия с высокой удельной поверхностью, устойчивому к сере, имеющий на своей поверхности тонкий слой оксида кремния (каждый из которых относится к варианту реализации настоящего изобретения, касающегося «устойчивого к сере оксида алюминия» или «оксида алюминия с покрытием оксида кремния»). Каждый из указанных вариантов реализации полностью описан ниже в настоящей заявке.

[00045] Было обнаружено, что на дисперсный оксид алюминия можно нанести тонкое покрытие оксида кремния, чтобы обеспечить подложку, проявляющую высокую устойчивость к присутствию сернистых материалов, и, таким образом, обеспечить катализатор для регулирования выбросов, имеющий увеличенный срок эксплуатации. Образование мелкодисперсного оксида алюминия с покрытием оксида кремния осуществляли путем применения определенной конкретной комбинации технологических параметров, как полностью описано ниже в настоящей заявке.

[00046] В настоящем описании водная среда представляет собой среду, содержащую воду, которая может, необязательно, дополнительно содержать один или несколько водорастворимых органических растворителей, таких как, например, низшие спирты, такие как этанол, низшие гликоли, такие как этиленгликоль, и низшие кетоны, такие как метилэтилкетон.

[00047] Гидратированный оксид алюминия, такой как, например, бемит, гиббсит или байерит, или смеси указанных веществ, образуется в водной среде. Гидратированный оксид алюминия можно получить в водной среде из водорастворимых солей алюминия при помощи множества известных способов, таких как, например, добавление гидроксида аммония к водному раствору галогенида алюминия, такого как хлорид алюминия, или путем взаимодействия сульфата алюминия с алюминатом щелочного металла, таким как алюминат натрия, в водной среде. Подходящие водорастворимые соли алюминия содержат катион алюминия, такой как Al³⁺, и отрицательно заряженный противоион или алюминийсодержащий анион, такой как Al(OH)₄ ^-, и положительно заряженный противоион. В одном из вариантов реализации, водорастворимые соли алюминия содержат одну или несколько водорастворимых солей алюминия, каждая из которых независимо содержит катион алюминия и отрицательно заряженный противоион, такие как, например, соли галогенидов алюминия или соли сульфата алюминия. В другом варианте реализации водорастворимые соли алюминия содержат одну или несколько водорастворимых солей алюминия, каждая из которых независимо содержит анион алюминия и положительно заряженный противоион, такие как, например, водорастворимые соли алюминатов щелочных металлов. В другом варианте реализации водорастворимые соли алюминия содержат одну или несколько водорастворимых солей алюминия, каждая из которых независимо содержит катион алюминия и отрицательно заряженный противоион, и одну или несколько водорастворимых солей алюминия, каждая из которых независимо содержит анион алюминия и положительно заряженный противоион.

[00048] В одном из вариантов реализации, водорастворимый алюминиевый предшественник вводят в реактор в виде водного раствора водорастворимого алюминиевого предшественника. Кислотность указанного раствора водорастворимого алюминиевого предшественника можно, необязательно, регулировать в широких пределах путем добавления кислоты или основания. Например, для увеличения кислотности раствора сульфата алюминия или хлорида алюминия можно добавлять кислоту, такую как азотная кислота, соляная кислота, серная кислота или смеси указанных кислот, или для уменьшения кислотности раствора алюмината натрия можно добавлять основание, такое как гидроксид натрия, гидроксид калия или смесь указанных оснований. В одном из вариантов реализации кислотность раствора алюминиевого предшественника регулируют перед введением раствора предшественника в реактор путем добавления кислоты к раствору алюминиевого предшественника. В одном из вариантов реализации, кислотность раствора алюминиевого предшественника регулируют перед введением раствора предшественника в реактор путем добавления основания к раствору алюминиевого предшественника.

[00049] В одном из вариантов реализации, зародыши кристаллов гидрата алюминия вначале образуются при кислотном pH в очень разбавленной водной системе, а затем на зародышах кристаллов осаждается больше гидрата алюминия при pH от примерно 3 до примерно 6.

[00050] В одном из вариантов реализации, зародыши кристаллов гидрата алюминия образуются при взаимодействии сульфата алюминия и алюмината натрия в водной среде при pH от примерно 2 до примерно 5 в реакционном сосуде, а больше гидрата алюминия осаждается на зародышах кристаллов при помощи одновременной подачи водных потоков сульфата алюминия и алюмината натрия в реакционный сосуд, в то время как pH водной среды дают возможность постепенно повышаться до pH от примерно 3 до примерно 6, более обычно от примерно 5 до примерно 6. Температура водной среды во время образования гидратированного оксида алюминия обычно находится в диапазоне от примерно 30°C до примерно 100°C, более обычно от примерно 50°C до примерно 100°C.

[00051] В одном из вариантов реализации, зародыши кристаллов гидрата алюминия образуются при взаимодействии сульфата алюминия и алюмината натрия в водной среде при pH от примерно 2 до примерно 5 в реакционном сосуде, а больше гидрата алюминия осаждается на зародышах кристаллов при помощи одновременной подачи водных потоков сульфата алюминия и алюмината натрия в реакционный сосуд, в то время как pH водной среды дают возможность постепенно повышаться до pH от 3 примерно до примерно 6, более обычно от примерно 4 до примерно 5. Температура водной среды во время образования гидратированного оксида алюминия обычно находится в диапазоне от примерно 30°C до примерно 100°C, более обычно от примерно 50°C до примерно 100°C, даже более обычно от примерно 55°C до 100°C и еще более обычно от 60°C до 95°C. Было обнаружено, что частицы гидрата алюминия или частицы гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния согласно альтернативному варианту реализации, склонны проявлять, после обжига, высокий удельный объем пор, причем доля объема пор, которую составляют поры малых диаметров, низкая.

[00052] В одном из вариантов реализации, стадию образования зародышей кристаллов гидрата алюминия пропускают и получают гидрат алюминия непосредственно при помощи одновременной подачи водных потоков сульфата алюминия и алюмината натрия в реакционный сосуд, в то время как pH водной среды дают возможность постепенно повышаться до pH от примерно 3 до примерно 6, более обычно от примерно 4 до примерно 5. Температура водной среды во время образования гидратированного оксида алюминия обычно находится в диапазоне от примерно 30°C до примерно 100°C, более обычно от примерно 50°C до примерно 100°C, даже более обычно от примерно 55°C до 100°C и еще более обычно от 60°C до 95°C. Было обнаружено, что частицы гидрата алюминия или частицы гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния согласно альтернативному варианту реализации, склонны проявлять, после обжига, высокий удельный объем пор, причем доля объема пор, которую составляют поры малых диаметров, низкая.

[00053] В одном из вариантов реализации, осаждение частиц гидрата алюминия из водной среды продолжают, обычно давая возможность pH водной среды повышаться примерно до 8-10, более обычно от примерно 8,5 до примерно 9,5, с получением суспензии из частиц гидрата алюминия, взвешенных в водной среде. В одном из вариантов реализации, в то время как гидрат алюминия образуется путем одновременной подачи потоков водного раствора сульфата алюминия и водного раствора алюмината натрия в реакционный сосуд, частицы гидрата алюминия можно осаждать путем прекращения подачи потока сульфата алюминия, при этом продолжая подачу потока алюмината натрия и давая возможность pH реакционной среды возрастать по мере продолжения добавления алюмината натрия в реакционный сосуд. Также для увеличения pH раствора можно применять гидроксид натрия или любой щелочной раствор. Количество полученных частиц гидрата алюминия обычно находится в диапазоне от примерно 3 до примерно 50 массовых частей (м.ч.) частиц гидратированного оксида алюминия на 100 м.ч. суспензии. Температура водной среды во время осаждения частиц гидрата алюминия обычно находится в диапазоне от примерно 30°C до примерно 100°C, более обычно от примерно 50°C до примерно 100°C, даже более обычно от примерно 55°C до 100°C и еще более обычно от 60°C до 95°C. Водная среда, в которой образуется гидрат алюминия, содержит противоионы водорастворимых солей алюминия, из которых получают гидрат алюминия.

[00054] В вариантах реализации настоящего изобретения устойчивого к сере оксида алюминия, частицы гидрата алюминия приводят в контакт с водорастворимым предшественником оксида кремния в водной среде. Гидрат алюминия может быть получен до введения предшественника оксида кремния или может быть получен одновременно с введением предшественника оксида кремния. Подходящее соединение предшественника оксида кремния включает, например, алкилсиликаты, такие как тетраметилортосиликат, кремниевые кислоты, такие как метакремниевая кислота или ортокремниевая кислота, и силикаты щелочных металлов, такие как силикат натрия или силикат калия. Более типично предшественник оксида кремния выбирают из силикатов щелочных металлов и смесей указанных силикатов. Еще более типично предшественник оксида кремния содержит силикат натрия.

[00055] В одном из вариантов реализации, водорастворимый предшественник оксида кремния вводят в реактор в виде водного раствора водорастворимого предшественника оксида кремния. pH такого раствора предшественника оксида кремния можно, необязательно, регулировать в широких пределах при помощи добавления кислоты или основания. Например, можно добавлять азотную, соляную или серную кислоту для уменьшения pH раствора силиката щелочного металла до желаемого значения, и можно добавлять гидроксид натрия или гидроксид калия для увеличения pH раствора кремниевой кислоты до желаемого значения. В одном из вариантов реализации, раствор предшественника оксида кремния нейтрализуют до достижения pH примерно 7, перед введением раствора предшественника в реактор, при помощи добавления кислоты в изначально щелочной раствор предшественника оксида кремния или при помощи добавления основания в изначально кислый раствор предшественника оксида кремния.

[00056] В одном из вариантов реализации, поток водного раствора силиката натрия подают в реакционный сосуд и смешивают с водной суспензией частиц гидрата алюминия для приведения в контакт силиката натрия с указанными частицами. Температура водной среды во время добавления источника ионов кремния обычно находится в диапазоне от примерно 30°C до примерно 100°C, более обычно от примерно 50°C до примерно 100°C, даже более обычно от примерно 55°C до 100°C и еще более обычно от 60°C до 95°C.

[00057] Приведение в контакт гидрата алюминия с материалом предшественника оксида кремния осуществляют в водной среде и в присутствии противоионов одной или нескольких водорастворимых солей алюминия. В одном из вариантов реализации, в водной среде присутствуют один или несколько видов отрицательно заряженных противоионов, таких как анионы галогенидов или анионы сульфата. В одном из вариантов реализации, в водной среде присутствуют один или несколько видов положительно заряженных противоионов, таких как катионы щелочных металлов. В одном из вариантов реализации, в водной среде присутствуют одновременно один или несколько видов отрицательно заряженных противоионов и один или несколько видов положительно заряженных противоионов.

[00058] Материал предшественника оксида кремния можно вводить в периодическом режиме или в непрерывном режиме. В одном из вариантов реализации способа с периодическим режимом, загрузку предшественника оксида кремния вводят в реакционный сосуд, содержащий гидрат алюминия и водную среду, при этом содержимое реакционного сосуда перемешивают. (В другом варианте реализации способа с периодическим режимом, загрузку предшественника оксида кремния вводят в реакционный сосуд одновременно с загрузкой водорастворимых солей алюминия, при этом содержимое реакционного сосуда перемешивают). В одном из вариантов реализации способа с непрерывным режимом, поток водной суспензии гидрата алюминия и поток водного раствора предшественника оксида кремния одновременно подают в поточное смесительное устройство.

[00059] Количество предшественника оксида кремния, используемое для приведения в контакт с гидратом алюминия, должно быть достаточным для обеспечения продукта оксида алюминия, имеющего покрытие оксида кремния, при содержании оксида кремния от примерно 1 до примерно 40 м.ч. оксида кремния (SiO₂), более типично от примерно 5 до примерно 30 м.ч. оксида кремния на 100 м.ч. оксида алюминия с покрытием оксида кремния. Обычно предшественник оксида кремния вводят в водную среду в виде водного потока, содержащего от примерно 1 до примерно 40, более типично, от примерно 3 до примерно 30 м.ч., более типично от примерно 4 до примерно 25 м.ч. оксида кремния, в виде SiO₂, на 100 м.ч. водного потока предшественника оксида кремния. В одном из вариантов реализации, предшественник оксида кремния растворим в воде, и водный поток предшественника оксида кремния представляет собой водный раствор предшественника оксида кремния. В одном из вариантов реализации, водный поток предшественника оксида кремния дополнительно содержит одно или несколько поверхностно-активных веществ, способствующих диспергированию предшественника оксида кремния в водном питающем потоке. Обычно водный поток предшественника оксида кремния нагревают перед введением в реакционный сосуд до температуры, по существу совпадающей с температурой, при которой находится водная среда в реакционном сосуде, но указанное предварительное нагревание не обязательно.

[00060] В одном из вариантов реализации, смесь суспендированных частиц гидрата алюминия и предшественника оксида кремния нагревают до температуры выше температуры окружающей среды, обычно до температуры от примерно 50°C до примерно 200°C, в течение промежутка времени от примерно 20 минут до примерно 6 часов, более типично от примерно 20 минут до примерно 1 часа. В случае температур выше 100°C нагревание проводят в сосуде высокого давления при давлении выше атмосферного давления.

[00061] Частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, затем выделяют из водной среды, обычно при помощи фильтрования. В одном из вариантов реализации, перед выделением частиц из водной среды, pH суспензии частиц гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, доводят до величины pH от примерно 4 до примерно 10, при помощи добавления к суспензии кислоты, обычно кислоты, содержащей азотную кислоту, серную кислоту или уксусную кислоту.

[00062] В одном из вариантов реализации, частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, промывают для удаления остатков, включая, в случае если оксид алюминия получен из алюмината щелочного металла и/или предшественник оксида кремния представляет собой силикат щелочного металла, остатки щелочных металлов, со стадий образования, осаждения и осуществления контакта. В одном из вариантов реализации, перед выделением частиц из водной среды к суспензии частиц в водной среде, добавляют одну или несколько водорастворимых солей для улучшения эффективности промывки. Подходящие водорастворимые соли включают, например, нитрат аммония, сульфат аммония, гидроксид аммония, карбонат аммония, карбонат калия, карбонат натрия, бикарбонат аммония и смеси указанных солей.

[00063] Промывку можно проводить с использованием горячей воды и/или водного раствора водорастворимой соли аммония, такой как, например, нитрат аммония, сульфат аммония, гидроксид аммония, карбонат аммония, карбонат калия, карбонат натрия, бикарбонат аммония и подобные соли, а также смеси указанных солей. В одном из вариантов реализации стадии промывки суспензию частиц гидрата алюминия или частиц гидрата алюминия с покрытием оксида кремния обезвоживают, затем промывают водным раствором водорастворимой соли аммония, затем обезвоживают, затем промывают водой и затем снова обезвоживают с образованием влажного остатка промытых частиц.

[00064] В одном из вариантов реализации, влажный остаток промытых частиц гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, повторно диспергируют в воде с образованием второй водной суспензии.

[00065] В одном из вариантов реализации, вторую водную суспензию затем высушивают распылением, получая частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния. В другом варианте реализации, pH второй водной суспензии доводят до величины pH от примерно 4 до примерно 10, более типично от примерно 6 до примерно 8,5, при помощи введения кислоты, такой как кислоты, указанные выше при обсуждении регулирования pH суспензии частиц гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, в водной среде, или при помощи введения основания, такого как гидроксид натрия, во вторую водную суспензию. В одном из вариантов реализации, вторую суспензию с отрегулированным pH затем нагревают до температуры выше температуры окружающей среды, более обычно до температуры от примерно 50°C до примерно 200°C, еще более обычно до температуры от примерно 80°C до примерно 200°C, в течение промежутка времени от примерно 20 минут до примерно 6 часов, более обычно от примерно 20 минут до примерно 1 часа. В случае температур выше 100°C нагревание проводят в сосуде высокого давления при давлении выше атмосферного давления. Частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, из второй суспензии с отрегулированным pH, затем выделяют из водной среды второй суспензии. В одном из вариантов реализации, частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, выделенные из второй суспензии, повторно диспергируют в воде с образованием третьей водной суспензии и полученную третью водную суспензию высушивают распылением.

[00066] Выделенные, или выделенные, повторно диспергированные и высушенные распылением частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, затем обжигают с получением желаемого продукта, представляющего собой оксид алюминия или оксид алюминия, с покрытием оксида кремния. В одном из вариантов реализации, частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, обжигают при повышенной температуре, обычно от 400°C до 1100°C, в течение примерно 30 минут или более, обычнее в течение от примерно 1 часа до примерно 5 часов, с получением продукта, представляющего собой оксид алюминия или оксид алюминия с покрытием оксида кремния. Обжиг можно проводить в воздушной среде или в среде азота, необязательно, в присутствии до примерно 20% паров воды. Если не указано иное, конкретные условия обжига, описанные в настоящем документе, относятся к обжигу в воздушной среде.

[00067] В одном из вариантов реализации, частицы гидрата алюминия или гидрата алюминия, вступившего в контакт с предшественником оксида кремния, обжигают при температуре выше или равной 400°C, бол