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Constellation, le dépôt institutionnel de l'Université du Québec à Chicoutimi

Study on high-purity alumina preparation and its applications

Xie Yadian. (2017). Study on high-purity alumina preparation and its applications. Thèse de doctorat, Université du Québec à Chicoutimi.

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Résumé

Wastewater from different aluminum processing plants contains different surface treatment liquids. These liquids are strictly prohibited from being discharged directly into the environment due to their high acidity. Different factories and enterprises add water to dilute them or neutralize them with alkali. These approaches not only cause a part of the aluminum ions being discharged, but also result in the release of a large number of harmful metal ions and heavy metal ions. In such cases, a large amount of water and alkali are consumed; at the same time, surface water, groundwater and soil become polluted by a large volume of wastewater and different metal ions. The main objectives of the project are: 1) to extract ultra-pure aluminum ions from wastewater and to study the effect of different parameters on the efficiency of the process; 2) to produce ultra-pure nano-alumina from wastewater using an organic template and to study the effect of different parameters on the particle size distribution as well as on the morphology of the nanoparticles; 3) to explore the possibility of different applications for different types of alumina particles. In this work, aluminum was extracted from the wastewater in the form of alum. This aluminum alum solution was later used to produce 99.999% pure (5N) nano-alumina particles. Two different methods, namely single and double template methods, were used to control the size and the nature of the alumina particles. A single template method was used to produce 99.999% pure (5N) spherical alumina nanoparticles. The aluminum alum solution was hydrolyzed to produce boehmite which was used to produce the spherical alumina nanoparticles. Gum arabic and urea were used to produce the single template. These alumina nanoparticles were converted to alpha (α) form by heating. Then, the α-alumina particles were used to produce sapphire crystals. An evaporation-induced synthesis approach with double template was used to produce spherical mesoporous nanoparticles of uniform size distribution. These particles were used for the photoacoustic tomography. The originality of the project lies in the utilization of new sources of raw materials (wastewater from industries) and using chelating polymers as well as additives to develop a novel and environment friendly high purity alumina (HPA) production method. In addition, the alumina particle size and its distribution are controlled precisely, which is difficult to achieve with other alumina production methods.

Les eaux usées provenant des différentes usines de traitement de l'aluminium contiennent de différents liquides de traitement de surface. Ces liquides sont strictement interdits d'être déchargés directement à l'environnement en raison de leur forte acidité. Des différentes usines et entreprises ajoutent de l'eau pour les diluer ou les neutralisent avec l'alcali. Ces traitements provoquent non seulement la décharge d'une partie des ions d'aluminium, mais également la libération d'un grand nombre d'ions métalliques nocifs et d'ions de métaux lourds. Dans ces cas, des grandes quantités de l'eau et de l'alcali sont consommées; en même temps, les eaux de surface, les eaux souterraines et le sol sont pollués par un grand volume d'eaux usées et de différents ions métalliques. Les objectifs principaux du projet sont : 1) d'extraire les ions d’aluminium ultra-purs des eaux usées et d'étudier l'effet de différents paramètres sur l'efficacité du procédé; 2) de produire la nano-alumine ultra-pure à partir des eaux usées en utilisant un modèle organique et d’étudier l'effet de différents paramètres sur la distribution granulométrique et la morphologie des nanoparticules; 3) d’explorer différentes applications des différents types des particules d'alumine. Dans ce travail, l'aluminium a été extrait des eaux usées sous forme d'alun en utilisant un modèle simple. Cette solution d'alun a ensuite été utilisée pour produire des particules de nano-alumine pur à 99,999% (5N). La solution d'alun a été hydrolysée pour produire une bohémite qui a également été utilisée pour produire des nanoparticules d’alumine sphérique pure à 99,999% (5N). Ces microparticules d'alumine ont été utilisées pour produire des cristaux de saphir. Une approche basée sur la séparation induite par évaporation à double modèle a été utilisée pour produire des nanoparticules mésoporeuses sphériques avec une distribution de taille uniforme. Ces particules ont été utilisées pour la tomographie photoacoustique. L’originalité du projet est l’utilisation de nouvelles sources des matières premières (l’eau usée des industries) et des polymères chélatants et des additives afin de développer une nouvelle méthode écologique pour la production de l’alumine de haute pureté. De plus, la taille des particules de l’alumine et sa granulométrie sont contrôlées précisément, ce qui est difficile à atteindre avec d’autres méthodes de la production de l’alumine.

Type de document:Thèse ou mémoire de l'UQAC (Thèse de doctorat)
Date:Juin 2017
Lieu de publication:Chicoutimi
Programme d'étude:Doctorat en ingénierie
Nombre de pages:136
ISBN:Non spécifié
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Programmes d'études de cycles supérieurs en ingénierie
Directeur(s), Co-directeur(s) et responsable(s):Kocaefe, Duygu
Kocaefe, Yasar
Mots-clés:double template, high purity, morphology, nano alumina particals, single template, high-value added applications, alumina, nanoparticles
Déposé le:19 sept. 2017 08:15
Dernière modification:20 sept. 2017 00:17
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