催化剂制备之浸渍法 优秀PPT.ppt
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1、催化剂制备之浸渍法 第1页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials ScienceContent浸渍法基本原理浸渍法基本原理2制备催化剂的影响因素制备催化剂的影响因素4浸渍法主要工艺浸渍法主要工艺5活性组分的不均匀分布活性组分的不均匀分布3浸渍法概述浸渍法概述1浸渍法制备催化剂示例浸渍法制备催化剂示例6第2页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science一、浸渍法概述一、浸渍法概述载体(如载体(如Al2O3)的
2、沉淀)的沉淀载体的成型载体的成型载体的预处理载体的预处理用活性组份溶液浸渍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 广泛用于制备负载型催化剂广泛用于制备负载型催化剂 (尤其负载型金属催化剂)(尤其负载型金属催化剂)第3页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science 浸浸渍渍法法(impregnation)是是将将载载体体放放进进含含有有活活性性物物质质的的液液体体或或气气体体中中浸浸渍渍,活活性性物物质质逐逐渐渐吸吸附附于于载载体体的的表
3、表面面,当当浸浸渍渍平平衡衡后后,将将剩剩下下的的液液体体除除去去,再再进进行行干干燥燥、焙焙烧烧、活活化化等等即即可可制制得得催化剂。催化剂。浸浸渍渍法法通通常常包包括括载载体体预预处处理理、浸浸渍渍液液配配制制、浸浸渍渍、除除去去过过量量液液体体、干燥和焙烧、活化等过程;干燥和焙烧、活化等过程;浸浸渍渍法法适适用用于于制制备备稀稀有有贵贵金金属属催催化化剂剂,活活性性组组分分含含量量较较低低的的催催化化剂,以及需要高机械强度的催化剂。剂,以及需要高机械强度的催化剂。第4页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Mater
4、ials Science优点优点载载体体形形状状尺尺寸寸已已确确定定,载载体体具具有有合合适适比比表表面面、孔孔径、强度、导热率;径、强度、导热率;活活性性组组分分利利用用率率高高、成成本低;本低;生生产产方方法法简简单单,生生产产能能力高;力高;浸渍法浸渍法缺点缺点焙烧产生污染气体;焙烧产生污染气体;干干燥燥过过程程会会导导致致活活性性组分迁移;组分迁移;第5页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science二、浸渍法基本原理二、浸渍法基本原理固固体体孔孔隙隙与与液液体体接接触触时时,由由于于表表
5、面面张张力力的的作作用用而而产产生生毛毛细细管管压压力力,使使液液体体渗渗透到毛细管内部;透到毛细管内部;活活性性组组分分在在孔孔内内扩扩散散及及在在载体表面吸附;载体表面吸附;第6页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science三、活性组分的不均匀分布三、活性组分的不均匀分布 均匀型均匀型 蛋壳型蛋壳型 蛋白型蛋白型 蛋黄型蛋黄型Uniform Egg-shell Egg-white Egg-YolkActive phase/SupportSupport活性组分分布类型的选择活性组分分布类型的选
6、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):适用于反应受外适用于反应受外扩散控制扩散控制适用于反应受动适用于反应受动力学控制力学控制适用于反应介质中有毒物,适用于反应介质中有毒物,且载体又能吸附该毒物且载体又能吸附该毒物第7页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science添加竞争吸附剂添加竞争吸附剂选择合适的溶质和溶剂选择合适的溶质和溶剂选择合适的载体选择合适的载体控制活性组分控制活性组分分布的办法分布的办法改变浸渍条件改变浸渍条件第8页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法Col
7、lege of Chemical Engineering and Materials Science四、制备催化剂的影响因素四、制备催化剂的影响因素浸渍液浸渍液性质性质载体载体性质性质影响影响因素因素载体载体预处理预处理浸渍后浸渍后热处理热处理竞争竞争吸附剂吸附剂浸渍浸渍条件条件催化剂催化剂第9页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science活性活性组组分金属的易溶分金属的易溶盐盐 硝酸硝酸盐盐、铵盐铵盐、有机酸、有机酸盐盐(乙酸(乙酸盐盐等);等);浸浸渍渍液液浓浓度(取决于所要求的活性度(取决
8、于所要求的活性组组分分负载负载量):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 浸渍液性质的影响浸渍液性质的影响浸渍液的配制浸渍液的配制第10页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.1.1 金属盐类金属盐类 当当使使用用同同种种活活性性组组分分的的不不同同类类型型金金属属盐盐类类水水溶溶液液时时,由由于于金金属属盐盐类类中中的的配配合合物物与与载载体体浸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
9、。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。如如图图4-1所所示示,制制备备Pt Al2O3催催化化剂剂时时,氯氯铂铂酸酸由由于于与与Al2O3有有强强的的吸吸附附作作用用,浸浸渍渍后后Pt高高度度集集中中在在颗颗粒粒外外表表面面;而而二二氨氨基基二二亚亚硝硝基基铂铂由由于于几几乎乎不不被被Al2O3吸吸附附,催催化剂中化剂中Pt近于呈均匀分布;近于呈均匀分布;图图4-1 不同浸不同浸渍渍液液时时Pt在在Al2O3上的上的浓浓度分布度分布第11页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Mat
10、erials Science4.1.2 浸渍液所用溶剂浸渍液所用溶剂 浸浸渍渍液液溶溶剂剂多多采采用用去去离离子子水水,但但当当载载体体成成分分容容易易在在水水溶溶液液中中洗洗提提出出来来时时,或或者者是是要要负负载载的活性组分难溶于水时,就需使用醇类或烃类等溶剂。的活性组分难溶于水时,就需使用醇类或烃类等溶剂。由由于于不不同同载载体体的的亲亲疏疏水水性性不不同同,不不同同溶溶剂剂的的极极性性也也不不同同,所所以以当当使使用用不不同同类类型型的的溶溶剂剂时时,所制备的催化剂上活性组分的分布就不同。所制备的催化剂上活性组分的分布就不同。溶剂H2PtCl6/-Al2O3H2PtCl6/活性炭水均匀
11、分布“蛋壳”型分布丙酮“蛋壳”型分布均匀分布表表4-1 溶剂对活性组分在载体上分布的影响溶剂对活性组分在载体上分布的影响第12页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.1.3 浸渍液浓度浸渍液浓度浓浓度度过过高高,活活性性组组分分在在孔孔内内分分布布不不均均匀匀,易易得得到到较较粗粗的的金金属属颗颗粒粒且且粒粒径径分分布布不均匀;不均匀;浓浓度度过过低,一次浸低,一次浸渍渍达不到要求,必达不到要求,必须须多次浸多次浸渍渍,费时费费时费力;力;当当要要求求负负载载量量低低于于饱饱和和吸吸附
12、附量量,应应采采用用稀稀浓浓度度浸浸渍渍液液浸浸渍渍,并并延延长长浸浸渍渍时时间间或或使使用用竞竞争吸附争吸附剂剂,使吸附的活性,使吸附的活性组组分均匀分布;分均匀分布;第13页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.2 载体性质的影响载体性质的影响载载体的一般要求:体的一般要求:机械机械强强度高;度高;合适的合适的颗颗粒形状与尺寸、适宜的表面粒形状与尺寸、适宜的表面积积、孔、孔结结构等;构等;耐耐热热性好;性好;导热导热性能良好(性能良好(针对针对强强放放/吸吸热热反反应应););足足
13、够够的吸水性;的吸水性;载载体体为为惰性,与浸惰性,与浸渍渍液不液不发发生化学反生化学反应应;不含催化不含催化剂剂毒物和毒物和导导致副反致副反应发应发生的物生的物质质;原料易得,制原料易得,制备简单备简单,无,无污污染;染;常用载体:常用载体:氧化氧化铝铝硅胶硅胶分子分子筛筛活性炭活性炭硅藻土硅藻土浮石浮石活性白土活性白土炭炭纤维纤维第14页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.2.1 载体的选择与预处理载体的选择与预处理载体的选择因反应不同而异:载体的选择因反应不同而异:如,乙如,乙
14、烯烯精制去除少量乙炔(加精制去除少量乙炔(加氢氢):):Pd/-Al2O3对载对载体的要求:体的要求:低比表面低比表面积积、大孔径、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15页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.2.2 载体的吸附性质载体的吸附性质氧化物氧化物对对金属金属络络离子的吸附决定于以下参数:离子的吸附决定于以下参数:氧化物的等氧化物
15、的等电电点点 浸浸渍渍液的液的pH值值 金属金属络络离子的性离子的性质质 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荷性性质质决决定于所在溶液的定于所在溶液的pH值值,以,以S-OH代表粒子表面吸附代表粒子表面吸附剂剂;第16页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science在在酸酸性性介介质质中中,S-OH+H+A-S-OH2+A-,按按双双电电层层理理论论,粒粒子子带带正正电电,其其周周围围为为带负电带负电的反离子的反离子扩扩散散层层;在在碱
16、碱性性介介质质中中,S-OH+B+OH-S-O-B+H2O,按按双双电电层层理理论论,粒粒子子带带负负电电,其其周周围为带围为带正正电电的反离子的反离子扩扩散散层层;pHpH值值为为某某一一特特定定值值下下,粒粒子子带带正正负负电电荷荷相相等等,即即不不带带电电,或或称称带带零零点点电电荷荷(ZPC)(ZPC),此此状状态态称称为为等等电电点状点状态态;+-+-+H+A-B+OH-第17页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Sciencev氧氧化化物物的的等等电电点点可可预预测测它它对对某某种种离离子
17、子的的吸吸附附能能力力并并大大致致估估计计浸浸渍渍液液的的pH值值范范围围。对对等等电电点点极极小小的的酸酸性性氧氧化化物物,可可选选用用浸浸渍渍液液pH1及及阳阳离离子子配配合合物物作作活活性性组组分的前体;分的前体;对对等等电电点点较较大的酸性氧化物,可大的酸性氧化物,可选选用阴离子配合物溶液作浸用阴离子配合物溶液作浸渍渍液;液;Al2O3为为两两性性氧氧化化物物,可可选选用用pH8和和阳阳离离子子络络合物溶液作吸附合物溶液作吸附剂剂;第18页,本讲稿共38页催化剂的制备方法浸渍法College of Chemical Engineering and Materials Science4.
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