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化学反应工程分析课程设计
目录
1 雷尼镍催化剂的简介 2
2 Raney-Ni的制备 2
2.1 合金的制备 3
2.2 合金与其金属化合物相组成 4
2.3 浸取过程 4
3 雷尼镍催化剂催化氢化的活性讨论 6
4 改性雷尼镍催化氢的活性讨论 7
4.1 活化方法: 7
4.2 活化过程: 8
4.3 活化的影响因素 8
4.3.1 活化温度 8
4.3.2 碱的质量分数 9
4.3.3 剂碱质量比 9
4.3.4 活化时间 9
4.3.5 洗涤时间 10
4.4 活化过程中合金成分及结构的转变 10
4.5 活化后纳米微晶镍的微观结构变化 11
5 雷尼镍催化剂的失活、再生 11
5.1 失活原因分析 11
5.2 再生 12
5.2.1 再生原理 12
5.2.2 再生方法 13
5.2.3 再生效果 13
6 回收 13
参考文献 14
雷尼镍对催化加氢反应的影响
摘要:雷尼镍催化氢化的活性次序为:炔≥烯>芳基>羰基>硝基>腈基。本文用两种方法进行活化一种是把合金缓慢地加入到碱液中;另一种是把碱液滴入到用水浸没的合金中。由于活化条件不同,使得催化剂的活性有很大的差异。最佳活化条件为:活化温度100℃(组成不同稍有差别), w(碱) = 20%,剂碱质量比为1,活化时间( 30―60) min, pH为12左右。采用热水(约活化温度)洗涤方法。此时催化效率达最高。
关键词:雷尼镍 催化氢化 活化 失活 再生
1 雷尼镍催化剂的简介
Raney-Ni是有海绵状孔结构的金属Ni催化剂, 自1925年发明至今已发展成一类用途广泛的催化剂[1]。雷尼镍又称骨架镍, 它是由电解镍、高纯铝及少量其它金属熔炼成合金。粉碎后再用碱液溶解、水洗除去一部分铝, 形成多孔骨架活化状态的催化剂[2]。由于活化态的雷尼镍具有较高活性, 能在金属镍表面吸附氢, 形成“活泼氢”可对多种类型的不饱和集团进行加氢还原。
Raney-Ni 既可用于不饱中烯、炔、芳烃、硝基、氰基、羰基等的催化加氢,也可用于饱和烃的氢解、异构、环化。另外它还是一种过压较低的电极材料( CA121∶R1310165u)[3] 。近二十年来, 现代测试手段的应用促进了对其物性及制备机理的了解。目前, 对合金相组成、浸取动力学、催化剂物化性质与形态受制备条件影响的规律、氢含量与结合方式等, 已有一致结论[4]。
用雷尼镍催化剂进行催化氢化的优点为:表面吸附性能高,选择性能好,催化效率高,副反应少以及可以再生回收利用,真正做到资源节约和环境友好[5]。
2 Raney-Ni的制备
雷尼镍催化剂的制备有传统的方法和高能球磨法等[6]。高能球磨法是制备含有活性助剂的雷尼镍催化剂,在这里不在讨论,只讨论传统的制备方法。工业上雷尼镍催化剂制备主要分两步: 一是铝镍合金的制备, 二是碱熔, 也叫活化。铝镍合金主要是用冶炼法制备[7]。Raney-Ni 的原料为Ni-Al 合金, 合金制备方法和过程已定型[8]。催化剂的制备主要指用碱液溶除合金中的Al( 即浸取) 及洗去残碱的过程[9]。浸取条件的选择在于温度、碱浓度、时间三个因素在不同浸取反应阶段的配合[10]。浸取条件不同, 催化剂活性可能相差数倍。洗涤过程对催化剂活性的影响也较大, 操作不当会导致催化剂的失活。
2.1 合金的制备
(1)冶炼温度
冶炼温度对镍铝合金组成的影响很大, 温度低,流动性差, 合金成分分布不均匀, 偏析现象严重, 从而改变合金中相比例, 影响催化剂的活性和强度;温度过高合金元素烧损较大, 氧化物增多。因此, 在冶炼过程中当铝全部熔化后, 在( 800―900) ℃分批加入Ni 、Al和合金全熔后, 温度控制在1500℃左右降低冶炼功率, 充分机械搅拌后出炉, 可获得较均匀的合金, 且元素损耗相对较少[11]。
(2)后处理工艺
快速淬冷是雷尼镍制备的一项重要后处理工艺。快淬速率影响Ni-Al合金的相组成。有研究分别以氩气气流为20m·S-1和30m·S-1的方法快淬Ni-Al合金, 发现30m·S-1的快淬Ni-Al合金中稳定性和活性不高的NiAl3相以及单质Al相减少, 只剩下主要活性相Ni2Al3。快淬速率越快,合金液体在瞬间凝固的量越多, 包晶反应的合金液体就越少, 从而有效地抑制了合金中有害相的生成。故可以通过控制冷却速率来控制合金中的相及其含量[12]。
另外, 工业化制雷尼镍催化剂也能体现此点, 当合金熔炼结束后进行浇铸时, 采用不同的冷却速率,则合金中的相组成及各相比例不相同[13]。空冷时,Ni2Al3和NiAl3相比例为47. 34∶52. 67, 水冷时Ni2Al3和NiAl3相比例为66. 75∶29. 97。利用水冷后处理工艺, 能加速合金冷却速率, 此时催化剂的催化活性
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