Alumina er et ubearbeidet materiale med mange fordeler i forhold til silikagel som et tørkemiddel.. Disse inkluderer dens overlegne knusestyrke, kjemisk kompatibilitet og regenereringsevne som gjør den til et toppvalg for tørking av luft og rensing av væsker.
Aktivert alumina er et porøst materiale laget av aluminiumhydroksid som gjennomgår kontrollerte aktiveringsprosesser for å produsere store overflatearealer med forskjellige porestørrelser, ofte funnet i petrokjemisk industri og naturgassindustri for bruk til å filtrere ut urenheter fra gasser og dampstrømmer.
Høy overflate
En av nøkkelegenskapene som utmerker alumina som et eksepsjonelt materiale er dets høye overflateareal, gir den flere aktive steder for adsorpsjon. Aktivert alumina produseres ved å behandle aluminiumoksid (Al2O3) til porøst svamplignende materiale med sammenkoblede porer for gass og katalytisk adsorpsjon – gjør den til en utmerket løsning for rensing av gasser eller væsker.
Figur 1d illustrerer TEM-analyse av mesoporøs aluminas porestørrelsesfordeling; som man kan se, som syntetisert materiale var i en aggregert tilstand med partikler mellom 30-40nm i størrelse.
Alumina kan dra nytte av sitt høye overflateareal ved å bli brukt i applikasjoner som industriell gassadsorpsjon, hvor dens høye overflate absorberer fuktighet, karbondioksid og svovelforbindelser fra naturlige eller industrielle gasser og dampstrømmer – dermed produsere produkter av høyere kvalitet samtidig som miljøutslippene reduseres.
Alumina kommer i ulike former, fra perler og pellets til granulat, avhengig av bruken. Selv om deres fysiske og kjemiske egenskaper avviker litt, alle tilbyr imponerende adsorpsjonsytelser. Ved håndtering av aktivert alumina er det viktig å bruke passende personlig verneutstyr, da det kan irritere hud eller øyne eller til og med forårsake luftveisproblemer ved direkte innånding.
Høy mekanisk styrke
Aktivert alumina er et enestående tørkemiddel med overlegen mekanisk/knusestyrke og tåler høye temperaturer. Dens struktur er dannet gjennom kontrollert oppvarming av hydratisert alumina; når de utsettes for overflødig varme, vannmolekyler støtes ut når krystallgitteret frakturerer langs plan med strukturell svakhet, etterlater veldefinerte porer med en gjennomsnittlig porediameter på 4nm. I forhold til silikagel, aktivert alumina forblir motstandsdyktig mot slitasje, samtidig som den opprettholder sin adsorpsjonskapasitet mye bedre.
Aktivert alumina er en utmerket gassformig adsorbent, som for helium, hydrogen, argon- og kloradsorpsjon; den har også sterk affinitet med væsker som parafin, aromatiske forbindelser og essenser. Som sådan, aktivert alumina er mye brukt som tørkemiddel i ulike industrielle applikasjoner, inkludert gassturbiner, kjemiske prosesser, klimaanlegg etc.
Adsorpsjonsadferd av aluminiumoksyd er svært avhengig av dens vandige pH-forhold. At pH > 7.4 i grunnleggende medier, overflaten blir negativt ladet på grunn av deprotonering og hindrer dermed adsorpsjon av anioniske fargestoffer ved colombisk frastøtning (reaksjon 1).
Al2O3 er den kjemiske formelen for alumina. Denne strukturen består av to aluminium- og tre oksygenatomer bundet sammen i en oktaedrisk struktur, sammen med spormengder av andre elementer som kan endre dets adsorpsjon og katalytiske egenskaper avhengig av råvarene som brukes under produksjonen; slike elementer kan inkludere silisiumdioksid (SiO2), natriumoksid (Na2O), eller jernoksid (Fe2O3) som urenheter tilstede. Aktivert alumina inneholder vanligvis urenheter som silisiumdioksid (SiO2), natriumoksid (Na2O), eller jernoksid (Fe2O3) som urenheter.
Høy hydrofilisitet
Alumina har en stor overflate med mange porer og hulrom, som gjør den i stand til å adsorbere gasser, væsker, og oppløst arter effektivt. Bulk tetthet varierer vanligvis mellom 0.6 til 0.8 gram per kubikkcentimeter for tiltenkt bruk av alumina.
Den har en sterk affinitet for fuktighet, gjør aktivert alumina til et effektivt tørkemiddel. Faktisk, dens vannabsorpsjonskapasitet overstiger den til molekylsikt, så aktivert alumina brukes ofte når store mengder fuktighet må trekkes ut fra gass- eller væskestrømmer.
FTIR-absorpsjonsspekteret til syntetisert aluminamateriale avslørte at etter adsorpsjon av fargeioner, toppintensitet kl 3457 cm-1 redusert mens posisjonen endret seg, antyder interaksjoner mellom fargestoffioner og AlOH- og AlO-grupper på overflaten og AlOH- og AlO-grupper i selve fargestoffet. Videre, dens E-verdi (kjemisorpsjonsadsorpsjonshastighet) anslås å være under 8 kJ/mol, og dette indikerer dets kontroll av kjemiske snarere enn fysiske adsorpsjonsmekanismer.
Adsorpsjonsforsøk ble utført ved å tilsette 100 mL fargestoffløsning til 250 ml Erlenmeyer-kolber som inneholder 0.1 g aluminiumoksyd nanopartikler og deretter variere tidene og betingelsene for å finne optimale driftsparametre for prosessen med fargestoffadsorpsjon. Resultatene viste at initial konsentrasjon og kontakttid er nøkkelvariabler når det gjelder å kontrollere adsorpsjon, med fjerningsprosent økende ettersom den opprinnelige konsentrasjonen synker; videre, gjenbrukte nanopartikler kan gjenbrukes opptil fire sykluser uten å miste sin adsorpsjonskapasitet;
Høy stabilitet
På grunn av sin høye knusestyrke, alumina er motstandsdyktig mot slitasje og beholder mer av sin adsorpsjonskapasitet enn silikagel, gjør det til et attraktivt materiale for bruk i ulike applikasjoner, inkludert nedtørking og dehydrering av gasser og væsker. Videre, aktivert alumina fungerer som et utmerket tørkemiddel som absorberer fuktighet fra luften, samt renser drikkevann ved å fjerne fluor, arsenikk, og selenforurensninger – samt filtrering av sporforurensninger fra gass- og dampstrømmer.
Mikroporøse vannholdige aluminageler kan raskt miste BET-overflate når de utsettes for vann, mens mesoporøs pseudoboehmitt og boehmitt-lignende alumina har en tendens til å være mer stabile. Bløtlegging av vannholdig alumina i flytende vann produserer bayerittfase som har betydelig mindre BET-overflate sammenlignet med mikroporøs alumina; for å opprettholde integriteten behandles den ofte med svovelsyre eller natriumhydroksid før den brukes som adsorpsjonsmedium.
Batch-adsorpsjonseksperimenter ble utført for å vurdere evnen til alumina-nanopartikler til å absorbere og desorbere Orange G-fargestoff (OG) fra både ekte avløpsvann samt simuleringsavløp, resultatene viser betydelig fjerningsytelse fra begge kilder. Termodynamiske undersøkelser bekreftet spontan eksoterm OG-adsorpsjon på alumina; dessuten kan den gjenbrukes uten å miste absorpsjonskapasiteten i minst fire sykluser uten å miste effektiviteten.