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浸渍法制备催化剂2017-05-27

用浸渍法制备催化剂有哪些具体操作方法?要注意哪些方面?

浸渍法是目前催化剂工业生产中广泛应用的一种方法,那么在使用浸渍法制备催化剂的过程中有哪些具体的操作方法呢?有哪些方面需要注意呢?

浸渍法是基于活性组分(含助催化剂)以 盐溶液形态浸渍到多孔载体上并渗透到内表面,而形成高效催化剂的原理。通常将含有活性物质的液体去浸各类载体,当浸渍平衡后,去掉剩余液体,再进行与沉淀 法相同的干燥、焙烧、活化等工序后处理。经干燥,将水分蒸发逸出,可使活性组分的盐类遗留在载体的内表面上,这些金属和金属氧化物的盐类均匀分布在载体的 细孔中,经加热分解及活化后,即得高度分散的载体催化剂。

活性溶液必须浸在载体上,常用的多孔性载体有氧化铝、氧化硅、活性炭、硅酸铝、硅藻土、浮石、石棉、陶土、氧化镁、活性白土等,可以用粉状的,也可以用成型 后的颗粒状的。氧化铝和氧化硅这些氧化物载体,就像表面具有吸附性能的大多数活性炭一样,很容易被水溶液浸湿。另外,毛细管作用力可确保液体被吸入到整个多孔结构中,甚至一端封闭的毛细管也将被填满,而气体在液体中的溶解则有助于过程的进行,但也有些载体难于浸湿,例如高度石墨化或没有化学吸附氧的碳就是这样,可用有机溶剂或将载体在抽真空下浸渍。

其优点是:(1)负载组分主要分布在载体表面,用量少,利用率高,这对于贵金属催化剂尤其重要;(2)由于市场上有各种载体供应,可以用已成型的载体,省去催化剂成型步骤,而且载体种类很多,物理结构清楚,可根据需要选择合适的载体。但是其缺点是其焙烧热分解工序常产生废气污染。 浸渍法可分为粉状载体浸渍法和粒状载体浸渍法两种工艺。粒状载体浸渍前通常先做成一定形状,抽空载体后用溶液接触载体,并加入适量的竞争吸附剂。也可将活性组分溶液喷射到转动的容器中翻滚到载体上,然后可用过滤、倾析及离心等方法除去过剩溶液。粉状载体浸渍法与粒状载体浸渍法类似,但需增加压片、挤条或成球等成形步骤。浸渍的方法对催化剂的性能影响较大,粒状载体浸渍时,催化剂表面结构取决于载体颗粒的表面结构,如比表面、孔隙率、孔径大小等,催化反应速率不同,对催化剂表面结构的要求也不同。 沉积在催化剂载体的金属的最终分散度取决于许多因素的相互作用,这些因素包括浸渍方法、吸附的强度,以吸留溶质形式存在的金属化合物相比于吸附在孔壁上的物种的程度,以及加热与干燥时发生的化学变化等。

虽然浸渍过程中,大多数金属试剂都可以不同程度地吸附在载体上,但是吸附过程相当复杂,不同类型的吸附都可能发生,可以是金属离子与含有羟基的表面吸附;也可以是含有碱金属及碱土金属离子的表面进行阳离子交换。载体的表面结构还可能因浸渍步骤不同加以改变,从而更改表面的吸附特性。这些在工艺实施过程中必须 加以考虑。若载体遭受浸蚀,情况会更复杂,在高pH值下硅胶要受浸蚀,而高表面积的氧化铝则无论在过高或过低pH值下都要受浸蚀,在用酸性液体浸渍氧化铝载体的过程中,部分氧化铝会首先发生溶解,并随着pH值的增高接着要发生沉淀,最好用缓冲剂来控制这个效应。

在对载体的选择与预处理方面,一般有如下的一些要求:机械强度高;载体为惰性,与浸渍液不发生化学反应;合适的颗粒形状与尺寸,适宜的表面积,孔结构等;有足够的吸水性;耐热性好;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。常用载体包括氧化铝,硅胶,分子筛,活性炭,硅藻土,浮石等。对载体的预处理包括焙烧,酸化,钝化,扩孔。

配置浸渍液时,要选用活性组分金属的易溶盐,如硝酸盐,铵盐,有机酸盐等。而且浓度也要合适,浓度过高,会造成活性组分在孔内分布不均匀,易得到较粗的金属颗粒且粒径分布不均匀,而如果浓度过低,一次浸渍达不到要求,必须多次浸渍,费时费力。

另外,浸渍法还可以分为以下几类:

(1)过量浸渍法:将载体泡入过量的浸渍溶液中,即浸渍溶液体积超过载体可吸收体积,待吸附平衡后,滤去过剩溶液,干燥、活化后便得催化剂成品。通常借调节浸渍溶液的浓度和体积控制附载量。

(2)等体积浸渍法:将载体与它可吸收体积的浸渍溶液相混合,由于浸渍溶液的体积与载体的微孔体积相当,只要充分混合,浸渍溶液恰好浸透载体颗粒而无过剩,可省略废液的过滤 与回收。但是必须注意,浸渍溶液体积是浸渍化合物性质和浸渍溶液黏度的函数。确定浸渍溶液体积,应预先进行试验测定。等体积浸渍可以连续或间断进行,设备投资少,生产能力大,能精确调节附载量,所以工业上广泛采用。

(3)多次浸渍法: 即浸渍、干燥、焙烧反复进行数次。采用这种方法的原因有两点。第一,浸渍化合物的溶解度小,一次浸渍不能得到足够大的附载量,需要重复浸渍多次;第二, 为避免多组分浸渍化合物各组分间的竞争吸附,应将各别组分按秩序先后浸渍。每次浸渍后,必须进行干燥和焙烧,使之转化为不溶性的物质,这样可以防止上次浸 载在载体的化合物在下一次浸渍时又溶解到溶液中,也可以提高下一次浸渍时载体的吸收量。 随着浸渍次数的增加,每次附载增量将减少。多次浸渍法工艺过程复杂,劳动效率低,生产成本高,除非上述特殊情况,应尽量少采用。

(4)浸渍沉淀法 本法是在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法发展起来的一种新方法,即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体,待浸渍单元操作完成之后,加热升温使待沉淀组分沉积在载体表面上。此法可以用来制备比浸渍法分布更加均匀的金属或金属氧化物负载型催化剂。

(5)流化床喷洒浸渍法 :浸渍溶液直接喷洒到流化床中处于流化状态的载体中,完成浸渍以后,升温干燥和焙烧。在流化床内可一次完成浸渍、干燥、分解和活化过程。流化床内放置一定量的多孔载体颗粒,通入气体使载流化,再通过喷嘴将浸渍液向下或用烟道气对浸渍后的载体进行流化干燥,然后升高床温使负载的盐类分解,逸出不起催化作用的挥 发组分,最后用高温烟道气活化催化剂,活化后鼓入冷空气进行冷却,然后卸出催化剂。

(6)蒸气相浸渍法:除了溶液浸渍之外,亦可借助浸渍化合物的挥发性,以蒸气相的形式将它附载到载体上。这种方法首先应用在正丁烷异构化过程中的催化剂,催化剂为AlCl3/铁钒土。在反应器内先装入铁钒土载体,然后以热的正丁烷气流将活性组分AlCl3气温升高,而有足够的AlCl3沉淀在载体铁矾土上后气化,并使AlCl3微粒与丁烷一起通过铁矾土载体的反应器,当附载量足够时,便转入异构化反应。用此法制备的催化剂,在使用过程中活性组分也容易流失。为了维持催化性稳定,必须连续补加浸渍组分。适用于蒸气相浸渍法的活性组分沸点通常比较低。

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