催化剂的制备、表征、评价

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1、第3章催化剂的制备与表征引言：催化剂制备方法的选择固体催化剂在催化反应条件下要求本身不发生状态变化。选定催化剂主要活性成分和次要活性成分催化剂制备准备载体的选择制成催化剂中间体洗净干燥成型烧成设计制成催化剂催化剂制造过程的四个阶段1）原料的准备，如生产Al2O3：原料有：AlCl3·6H2O,Al(NO)3·9H2O,Al2(SO4)3·18H2O沉淀剂：NaOH,KOH,NH3·H2O,(NH4)2CO3从化学组成看，有用的组分是Al3+和OH-，而其余的离子则需要洗涤、煅烧等步骤除去，需除去的离子有Cl-,NO3-,SO42-,K+,Na+,NH4+,HCO3-等，如洗不净，煅烧中N

2、O3-,NH4+,HCO3可除掉，但Cl-,SO42-,K+,Na+除不掉。所以当生产中要求Al2O3中杂质含量极低时，就考虑用Al(NO)3·9H2O和NH3·H2O作原料。溶剂水的要求催化剂用水须经过预处理，不宜直接用自来水，包括：软化水（软水）：水中的Ca2+、Mg2+部分被除去，水的硬度降低；脱盐水:水中的强电解质被降低到一定程度，常温电阻率升到1~10*105cm；去离子水：把易除的强电解质除去,又将部分难除的电解质,如:硅酸,CO2也除到一定程度,常温电阻率升到1~10*106cm。高纯水:水中电解质几乎全部除去,电阻率升到1*107cm左右。目前催化剂制备用的蒸

3、馏水是脱盐水（蒸馏法）或去离子水（离子交换法）。2）催化剂（母体）的制备母体:即已具备了催化剂所必要的组分,在结构上各组分间的结合关系己具备了催化剂所需的物理化学结构的雏型。Al(OH)3[Al(NO3)3+NH3·H2O]在工业生产中，常将已基本上除去了不必要的组分，且有效组分间已形成初步结合的固体半成品称为母体。3)成型是将母体制成一定的几何形状和尺寸的工序，它使最终产品的机械强度符合要求，在使用中符合反应器中流体力学条件的要求。4)活化通过热和化学处理使基体转变为符合最终组成、结构要求的催化剂。后三个阶段的划分在某些催化剂的生产过程中并不明显。有时是合并进行的，顺序可以颠倒，如成型

4、可以在活化之前，亦可以在活化之后。催化剂制备方法的粗略分类粗分为干法与湿法，湿法使用较多：干法包括热熔法、混碾法与喷涂法等；湿法包括溶胶凝胶法、沉淀法（包括共沉淀法，均匀共沉淀法和超均匀沉淀法）、浸渍法、离子交换法和沥滤法等。3.1浸渍法将载体置于含有活性组分的溶液中浸泡，达到平衡后将剩余液体除去（或将溶液全部浸入固体），再经干燥、煅烧、活化得催化剂。浸渍溶液中所含的活性组分，应具有溶解度大、结构稳定和受热分解为稳定化合物的特点，如硝酸盐、乙胺盐、胺盐等。3.1.1概念多孔载体与溶液接触时，由于表面张力作用而产生毛细管压力，使溶液进入毛细管内部，然后溶液中的活性组分再在细孔内表面吸附。毛

5、细管压力使液体渗透到载体空隙内部；提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度）；活性组份在载体上的不均匀分布。3.1.2基本原理浸渍法的优点可用已成型的载体（如氧化铝，氧化硅，活性炭，浮石等），浸渍后省去了成型；浸渍前载体的孔结构和比表面与浸渍催化剂的孔结构比表面有一定的关系，一般浸前载体的比表面稍大，可保证浸后催化剂的表面和孔结构的需要。负载组份利用率高，用量少（如贵金属）。可使少量的活性组分绝大多数分布在反应物能达到的表面上，如用浸渍法制备的铂重整催化剂Pt/Al2O3以单分子层形式分布在Al2O3表面。3.1.3浸渍法分类过量溶液浸渍法：溶液体积大于载体可吸附的液体体积。问题：含有活性组

6、分过量液体的处理；等体积浸渍法：需测定载体吸附能力。问题：活性组分分散不如过量溶液浸渍法均匀；多次浸渍法：可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附，但效率低。注意：每次浸渍后需干燥焙烧；蒸气浸渍法：借助浸渍化合物的挥发性，以气相形式负载，如正丁烷异构化催化剂AlCl3/铁矾土的制备。问题：所制备催化剂的活性组分易流失；浸渍沉淀法先用载体浸渍含活性组分的溶液，再加沉淀剂，常制备贵金属催化剂。吸附H2PtCl6盐酸溶液载体再加入NaOH载体沉淀氢氧化铂沉淀先浸渍易还原粒子细1、溶剂很快被吸附如以-Al2O3为载体，浸渍钼盐和钴盐的水溶液制备MoO3-CoO/-Al2O3催化剂时，水在-Al

7、2O3上的吸附很快，所以浸渍开始不久，由于水量减少，再加上吸附放热引起的蒸发而使溶液变浓，影响浸渍的均匀性。这种情况下，一般是将载体先用水处理，再浸入含活性组分的溶液。注意：2、多组分溶液两种以上的溶质共存会改变原来某一活性组分在载体上的分布情况，例如制备Pt重整催化剂时，溶液中加入一些乙酸，由于竞争性吸附可改变Pt在载体上的分布。3、多种活性组分的浸渍可采用分步法，先将一种活性组分浸渍后，经干燥焙烧，再浸渍另一活性组分，再干燥焙烧