催化剂制备之浸渍法学习教案

《催化剂制备之浸渍法学习教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《催化剂制备之浸渍法学习教案（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、会计学1催化剂制备催化剂制备(zhbi)之浸渍法之浸渍法第一页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials ScienceContent浸渍法基本原理2制备催化剂的影响因素4浸渍法主要工艺5活性组分的不均匀分布3浸渍法概述1浸渍法制备催化剂示例6第1页/共38页第二页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science一、浸渍(jnz)法概述载体（如载体（如Al2O3）的沉淀）的沉淀载体的成型载体的成型载

2、体的预处理载体的预处理用活性组份溶液浸渍干燥干燥焙烧分解焙烧分解活化（还原）活化（还原）负载型金属催化剂负载型金属催化剂 广泛用于制备(zhbi)负载型催化剂 （尤其负载型金属催化剂）第2页/共38页第三页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science 浸渍法（impregnation）是将载体放进含有活性物质的液体或气体中浸渍，活性物质逐渐吸附于载体的表面，当浸渍平衡后，将剩下的液体除去，再进行干燥、焙烧、活化等即可制得催化剂。 浸渍法通常包括载体预处理、浸渍液配制、浸渍、除去过量液体、

3、干燥和焙烧、活化等过程(guchng)； 浸渍法适用于制备稀有贵金属催化剂，活性组分含量较低的催化剂，以及需要高机械强度的催化剂。 第3页/共38页第四页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science优点载体形状尺寸已确定，载体具有合适比表面、孔径、强度、导热率；活性组分利用率高、成本低；生产方法简单，生产能力高；浸渍法缺点焙烧产生污染气体；干燥过程会导致活性组分迁移；第4页/共38页第五页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Enginee

4、ring and Materials Science二、浸渍(jnz)法基本原理固体孔隙与液体接触时，由于(yuy)表面张力的作用而产生毛细管压力，使液体渗透到毛细管内部；活性组分在孔内扩散及在载体表面吸附；第5页/共38页第六页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science三、活性组分(zfn)的不均匀分布 均匀(jnyn)型 蛋壳型 蛋白型 蛋黄型Uniform Egg-shell Egg-white Egg-YolkActive phase/SupportSupport活性组分分布类

5、型的选择活性组分分布类型的选择（取决于催化反应宏观动力学）（取决于催化反应宏观动力学） ：适用于反应受外扩散控制适用于反应受动力学控制适用于反应介质中有毒物，且载体又能吸附该毒物第6页/共38页第七页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science添加竞争吸附剂选择合适的溶质和溶剂选择合适的载体控制活性组分分布(fnb)的办法改变浸渍条件改变浸渍条件第7页/共38页第八页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Ma

6、terials Science四、制备催化剂的影响(yngxing)因素浸渍液性质载体性质影响因素载体预处理浸渍后热处理竞争吸附剂浸渍条件催化剂第8页/共38页第九页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science活性组分金属的易溶盐 硝酸盐、铵盐、有机酸盐（乙酸盐等）；浸渍液浓度(nngd)（取决于所要求的活性组分负载量）：催化剂中活性组分含量（以氧化物计）载体比孔容，ml/g浸渍液浓度（以氧化物计），g/ml4.1 浸渍液性质(xngzh)的影响浸渍液的配制第9页/共38页第十页，共39

7、页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.1.1 金属(jnsh)盐类 当使用同种活性组分的不同类型金属盐类水溶液时，由于金属盐类中的配合物与载体(zit)浸渍时所产生的配位基置换反应机理不同，所制备的催化剂中活性组分的分布是不同的。 如图4-1所示，制备Pt Al2O3催化剂时，氯铂酸由于与Al2O3有强的吸附作用，浸渍后Pt高度集中在颗粒外表面；而二氨基二亚硝基铂由于几乎不被Al2O3吸附，催化剂中Pt近于呈均匀分布；图4-1 不同浸渍液时Pt在Al2O3上的浓度分布第10页/共38页

8、第十一页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.1.2 浸渍液所用(su yn)溶剂 浸渍液溶剂多采用(ciyng)去离子水，但当载体成分容易在水溶液中洗提出来时，或者是要负载的活性组分难溶于水时，就需使用醇类或烃类等溶剂。 由于不同载体的亲疏水性不同，不同溶剂的极性也不同，所以当使用不同类型的溶剂时，所制备的催化剂上活性组分的分布就不同。溶剂溶剂H2PtCl6/-Al2O3H2PtCl6/活性炭活性炭水水均匀分布均匀分布“蛋壳蛋壳”型分布型分布丙酮丙酮“蛋壳蛋壳”型分布型分布均

9、匀分布均匀分布表4-1 溶剂对活性组分在载体上分布的影响第11页/共38页第十二页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.1.3 浸渍(jnz)液浓度浓度过高，活性组分在孔内分布(fnb)不均匀，易得到较粗的金属颗粒且粒径分布(fnb)不均匀；浓度过低，一次浸渍达不到要求，必须多次浸渍，费时费力；当要求负载量低于饱和吸附量，应采用稀浓度浸渍液浸渍，并延长浸渍时间或使用竞争吸附剂，使吸附的活性组分均匀分布；第12页/共38页第十三页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法Co

10、llege of Chemical Engineering and Materials Science4.2 载体性质(xngzh)的影响载体的一般要求(yoqi)：机械强度高；合适的颗粒形状与尺寸、适宜的表面积、孔结构等；耐热性好；导热性能良好（针对强放/吸热反应）；足够的吸水性；载体为惰性，与浸渍液不发生化学反应；不含催化剂毒物和导致副反应发生的物质；原料易得，制备简单，无污染；常用载体：氧化铝硅胶分子筛活性炭硅藻土浮石活性白土炭纤维第13页/共38页第十四页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materia

11、ls Science4.2.1 载体(zit)的选择与预处理载体(zit)的选择因反应不同而异：如，乙烯精制去除少量乙炔（加氢）： Pd / -Al2O3对载体的要求：低比表面积、大孔径低比表面积、大孔径 （使乙炔加氢产物乙烯尽快脱离催化剂表面）（使乙炔加氢产物乙烯尽快脱离催化剂表面）无酸性无酸性（防止烯、炔的聚合反应，延长催化剂寿命）（防止烯、炔的聚合反应，延长催化剂寿命）第14页/共38页第十五页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.2.2 载体(zit)的吸附性质氧化物对

12、金属络离子的吸附决定于以下氧化物对金属络离子的吸附决定于以下(yxi)参数：参数： 氧化物的等电点氧化物的等电点 浸渍液的浸渍液的pH值值 金属络离子的性质金属络离子的性质 氧氧化化物物载载体体在在水水溶溶液液中中其其表表面面能能极极化化带带电电，粒粒子子所所带带电电荷性质决定于所在溶液的荷性质决定于所在溶液的pH值，以值，以S-OH代表粒子表面吸附剂；代表粒子表面吸附剂；第15页/共38页第十六页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science在酸性介质中，S-OH+H+A-S-OH2+

13、+A-，按双电层理论，粒子带正电，其周围为带负电(fdin)的反离子扩散层；在碱性介质中，S-OH+B+OH-S-O-B+H2O，按双电层理论，粒子带负电(fdin)，其周围为带正电的反离子扩散层；pH值为某一特定值下，粒子带正负电(fdin)荷相等，即不带电，或称带零点电荷(ZPC)，此状态称为等电点状态；+- -+-+H+A-B+OH-第16页/共38页第十七页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Sciencev氧化物的等电点可预测它对某种离子的吸附(xf)能力并大致估计浸渍液的pH值范围

14、。v对等电点极小的酸性氧化物，可选用浸渍液pH1及阳离子配合物作活性组分的前体；v对等电点较大的酸性氧化物，可选用阴离子配合物溶液作浸渍液；vAl2O3为两性氧化物，可选用pH8和阳离子络合物溶液作吸附(xf)剂；第17页/共38页第十八页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.2.3 载体(zit)的孔结构孔容孔半径比表面积催化剂活性组分扩散第18页/共38页第十九页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering a

15、nd Materials Science4.3 载体(zit)预处理的影响载体载体(zit)(zit)的预处理的预处理抽真空抽真空处理处理焙烧焙烧处理处理化学改性化学改性处理处理水泡水泡处理处理第19页/共38页第二十页，共39页。氧化铝的焙烧催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Sciencev水泡处理v浸渍过程通常产生大量的吸附(xf)热，使浸渍液温度升高，有的浸渍液pH值低，由于酸的作用会给催化剂结构和强度带来不利影响采用水泡处理可以减少吸附(xf)热的影响v焙烧处理v通过微晶(wi jn)烧结，提高

16、机械强度；v除去载体中易挥发组分形成稳定结构；v使载体获得一定的晶型、晶粒大小、孔结构及比表面积；第20页/共38页第二十一页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Sciencev载体的抽真空处理v提高载体的吸附容量(rngling)，保证金属负载量v载体的化学改性处理v例如活性炭载体表面经不同氧化处理后，可产生大量具有亲水性的基团，提高了对活性组分的锚定作用，使其分散度提高第21页/共38页第二十二页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engi

17、neering and Materials Science4.4 竞争(jngzhng)吸附剂的影响在在浸浸渍渍液液中中除除了了活活性性组组分分以以外外，有有时时还还加加入入(jir)适适量量的的第第二二组组分分，载载体体在在吸吸附附活活性性组组分分的的同同时时也也吸吸附附第第二二组组分分，所所加加入入(jir)的的第第二二组组分分就就称称为为竞竞争争吸吸附附剂剂，这这种种作作用用称称为为竞竞争争吸吸附作用；附作用；适量加入适量加入(jir)竞争吸附剂可使活性组分达到均匀地分布；竞争吸附剂可使活性组分达到均匀地分布； 常常用用竞竞争争吸吸附附剂剂有有柠柠檬檬酸酸、酒酒石石酸酸、盐盐酸酸、草草酸

18、酸、乳乳酸酸、三三氯氯乙乙酸等。酸等。第22页/共38页第二十三页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science溶液固体溶液固体溶液固体(a)浸渍(jnz)前(b) 浸渍(jnz)后(c)竞争吸附剂浸渍后 未吸附点 铂的吸附点 竞争剂吸附点 竞争吸附的典型例子:-Al2O3用氯铂酸溶液浸渍4.4.1 竞争吸附典型例子第23页/共38页第二十四页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Scien

19、ce分子大小吸附平衡常数AB化学作用D扩散性能C4.4.2 竞争吸附剂对活性组分(zfn)分布的影响第24页/共38页第二十五页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.5 浸渍(jnz)条件的影响浸渍条件浸渍条件(tiojin)(tiojin)的影响的影响浸渍时间浸渍液浓度浸渍液pH值及温度第25页/共38页第二十六页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science浸渍(jnz

20、)时间Increasing impregnation timePt/Al2O3Al2O3Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)4.5.1 浸渍(jnz)时间第26页/共38页第二十七页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science浸渍(jnz)液浓度Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)

21、2)，浸渍，浸渍(jnz)时时间间 0.5 h4.5.2 浸渍液浓度 当催化剂要求活性组分含量较高时，需要高浓度浸渍液进行浸渍。因为受化合物溶解度的限制，需要加热把金属盐类溶解，且高浓度浸渍液中活性组分不易浸透粒状载体的微孔，故所制备的催化剂中载体颗粒内外金属负载量不均匀，载体微孔将被阻塞，金属晶粒的粒径粒径较大且分布较宽。第27页/共38页第二十八页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.5.3 浸渍(jnz)液pH值及温度浸渍液的pH值主要包括两方面的作用：一，对保证浸渍液不

22、会产生沉淀或结晶有着重要的作用；二，对载体的吸附(xf)性能有较大影响； 由由于于吸吸附附是是放放热热反反应应，所所以以浸浸渍渍液液的的温温度度高高不不利利于于活活性性组组分的吸附，但浸渍液温度过低会造成活性组分结晶析出；分的吸附，但浸渍液温度过低会造成活性组分结晶析出；第28页/共38页第二十九页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.6 浸渍(jnz)后热处理的影响干燥方式干燥方式- -常规干燥，真空干燥，微波干燥等常规干燥，真空干燥，微波干燥等干燥过程中活性组分的迁移（导致

23、分布干燥过程中活性组分的迁移（导致分布(fnb)(fnb)不均匀）不均匀） Static drying Drying at low flow rate Freeze drying解决措施：快速干燥冷冻干燥Tendency towardsegg-shell catalyst第29页/共38页第三十页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science 提高还原速率，可增大晶核生成(shn chn)速率，进而可提高金属的分散度：在不发生烧结的前提下，尽可能升高还原温度采用较高的还原气空速尽可能降低还

24、原气中水蒸汽分压还原后金属晶粒大小与催化剂中金属含量、还原气氛的关系第30页/共38页第三十一页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science过量浸渍：将载体浸渍在过量溶液中，溶液体(yt)积大于载体可吸附的液体(yt)体积，一段时间后除去过剩的液体(yt)，干燥、焙烧、活化；等体积浸渍：预先测定载体吸入溶液的能力(nngl)，然后加入正好使载体完全浸渍所需的溶液量；五、浸渍法主要工艺第31页/共38页第三十二页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemi

25、cal Engineering and Materials Science蒸蒸气气浸浸渍渍法法：借借助助浸浸渍渍化化合合物物的的挥挥发发性性，以以蒸蒸气气相相的的形形式将其负载于载体上；式将其负载于载体上；例：制备正丁烷异构化催化剂例：制备正丁烷异构化催化剂AlCl3/铁矾土铁矾土 在在反反应应器器中中装装入入铁铁矾矾土土载载体体，然然后后(rnhu)以以热热的的正正丁丁烷烷气气流流将将活活性性AlCl3组组分分汽汽化化，并并带带入入反反应应器器，使使之之浸浸渍渍在在载载体体上上。当当负负载载量量足足够够时时，便便可可切切断断气气流流中中的的AlCl3，通入正丁烷进行异构化反应。，通入正丁烷进

26、行异构化反应。第32页/共38页第三十三页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science多多次次浸浸渍渍(jnz)法法：将将浸浸渍渍(jnz)、干干燥燥和和焙焙烧烧反反复复进行多次；进行多次；采用多次浸渍采用多次浸渍(jnz)的原因：的原因：配配制制浸浸渍渍(jnz)的的金金属属盐盐类类或或化化合合物物的的溶溶解解度度小小，一一次次浸浸渍渍(jnz)时时载载体体负负载载量量小小，需需重重复复多多次次浸浸渍渍(jnz)；载载体体的的孔孔容容小小，一一次次负负载载量量过过多多时时，易易造造成成

27、活活性性组组分分分分布不均；布不均；多多组组分分溶溶液液浸浸渍渍(jnz)时时，由由于于各各活活性性组组分分在在载载体体上上的的吸吸附附能能力力不不同同，吸吸附附能能力力强强的的组组分分易易富富集集于于孔孔口口，而而吸附能力弱的组分则分布在孔内，也会造成分布不均；吸附能力弱的组分则分布在孔内，也会造成分布不均；第33页/共38页第三十四页，共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science流化床浸渍法：将预先配制好的浸渍液直接喷洒到流化床中处于流化状态的载体上；优点：流程简单、操作(cozu)

28、方便、周期短、劳动条件较好等；缺点：催化剂成品收率较低、易结块、不均匀等；第34页/共38页第三十五页，共39页。催化剂的制备(zhbi)方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science六、浸渍法制备(zhbi)催化剂示例v铂/氧化铝重整催化剂将汽油(qyu)中直链烃芳构化载体（99.9%Al2O3）成型1/6*1/6英寸预处理：比表面250m2/g, 0.56ml/g540oC活化、冷却、浸渍铂氯酸0.2-0.6%120oC 干燥590oC活化焙烧分解高温活化还原负载型重整催化剂负载型重整催化剂第35页/共38页第三十六页，

29、共39页。催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Sciencev镍/氧化铝重整催化剂将甲烷(ji wn)或石脑油重整制合成气Al2O3+铝酸钙水泥+石墨+水成型16*16*6mm预处理：120oC干燥、 1400oC焙烧熔融浸渍硝酸镍10-20% 干燥、活化焙烧分解熔融浸渍硝酸镍10-20%干燥、活化焙烧分解负载型镍催化剂负载型镍催化剂第36页/共38页第三十七页，共39页。请批评指正请批评指正请批评指正请批评指正催化剂的制备方法(fngf)浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science第37页/共38页第三十八页，共39页。内容(nirng)总结会计学。催化剂的制备方法浸渍法。活性组分在孔内扩散及在载体表面吸附。适用于反应介质中有毒物，且载体又能吸附该毒物。第8页/共38页。而二氨基(nj)二亚硝基铂由于几乎不被Al2O3吸附，催化剂中Pt近于呈均匀分布。铂/氧化铝重整催化剂将汽油中直链烃芳构化。镍/氧化铝重整催化剂将甲烷或石脑油重整制合成气。成型16*16*6mm。请批评指正。第37页/共38页第三十九页，共39页。