催化剂的制备教学教案.ppt

Four main steps in the sol–gel preparation 胶体化学简介 溶胶 —— 分散在分散介质中的分散相颗粒粒径为1-100 nm的分散系统 粗分散系统 胶体系统 分子分散系统 100 nm 100-1 nm 1 nm 分散法 凝聚法 大变小 小变大 溶胶的制备： 分散法：利用机械设备、气流粉碎、电弧和胶溶等方法 将较大颗粒分散成胶体状态 凝聚法：利用物理或化学方法使溶液中的溶质（分子或 离子）聚集成胶体粒子 胶溶：在新生成的沉淀中，加入适合的电解质（HCl、HNO3等） 或置于某一温度下，通过胶溶作用使沉淀重新分散成溶胶 如，复分解法制备盐类溶胶：AgNO3 + KI ? AgI (溶胶) + KNO3 水解法制备金属氧化物溶胶：FeCl3 + 3H2O（煮沸）? Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl 胶团的结构：—— 扩散双电层结构 [ (H2SiO3)m ? nSiO32- ? 2(n-x)H+ ]2x- ? 2xH+ 胶核 吸附层 扩散层 胶体粒子（胶粒） 胶团 [ (AgI)m ? nAg+ ? (n-x)NO3- ]x+ ? xNO3- 溶胶稳定的因素： 胶粒带电；溶剂化膜；布朗运动 — 消除或减弱溶胶稳定的因素，将导致溶胶的聚沉或 胶凝成凝胶（可视为一种特殊的沉淀过程） 凝胶 —— 溶胶通过胶凝作用，胶体粒子相互凝结或缩聚而形成三维网状结构，从而失去流动性而生成的一种体积庞大、疏松、含有大量介质液体的无定形沉淀 溶胶的胶凝过程影响因素： 加入电解质（适量可促进胶凝） 溶胶浓度（越高越易胶凝） 温度（一般越高越易胶凝） pH值 （越高可促进氢氧化物溶胶胶凝） 凝胶特征：分散相（网状结构）与分散介质（水）均为连续相 凝胶脱水后可得多孔、大比表面的固体材料 Sol-Gel法制备催化剂的过程 （加水）金属醇盐水解 （加胶溶剂）胶溶 陈化胶凝 干燥 焙烧 金属醇盐 的母醇溶液 金属氧化物或 水合金属氧化物 溶胶 凝胶 催化剂 金属醇盐胶溶法制备催化剂的Sol-Gel过程 —— 将易于水解的金属化合物（金属盐、金属醇盐或酯）在某种溶剂中与水发生反应，通过水解生成金属氧化物或水合金属氧化物，胶溶得到稳定的溶胶，再经缩聚（或凝结）作用而逐步胶凝化，最后经干燥、焙烧等后处理制得催化剂 金属醇盐 常用其母醇作溶剂进行溶解（因一般金属醇盐在水中溶解度较小，且醇与水和金属醇盐都互溶） 如，异丙醇铝溶于异丙醇中，仲丁醇铝溶于仲丁醇中 醇的加入量应适当（过多延长水解和胶凝时间；过少易出现聚沉而得不到高质量凝胶） 同一金属的不同醇盐的水解速率不同 如，用Si(OR)4来制备SiO2溶胶：烷基中C原子数越多，水解速率越低（因此常用Si(OC2H5)4 ） 制备多组分氧化物溶胶时，应尽量选择水解速率相近的各醇盐（同步水解） —— 溶胶均匀性 水解与缩聚 金属醇盐在过量水中完全水解，生成金属氧化物或水合金属氧化物；水解同时伴有缩聚反应，形成不同大小和结构的胶粒 水解反应： 缩聚反应： 水的加入量（ Sol-Gel法的关键参数） —— 直接影响溶胶粘度、溶胶向凝胶转化以及凝胶干燥等 水解温度（越高水解速率越快） 制备多组分氧化物溶胶时，应保持各醇盐水解速率相近（同步水解） —— 溶胶均匀性 胶溶 胶凝 向水解产物中加入一定量胶溶剂（HCl、HNO3、CH3COOH等酸），使沉淀重新分散为大小在胶体范围的粒子，从而形成金属氧化物或水合氧化物溶胶 加入胶溶剂，粒子表面形成双电层 酸的种类及加入量 —— 直接影响胶粒大小、溶胶粘度和流动性等溶胶性能 溶胶质量影响最终催化剂的结构与性能 如，胶粒大小决定催化剂最小孔径；胶粒粒径分布及胶粒形状决定催化剂孔径分布及孔的形状等 在一定条件下，溶胶胶粒相互凝结或缩聚，逐渐连接形成三维网状结构，把所有液体都包进去，成为冻胶状的水凝胶 凝胶的干燥 一般干燥法 现象： 持续收缩和硬化、产生应力和破裂 （孔中气液两相共存，由于表面张力作用产生毛细管力。毛细管力将颗粒挤压而团聚。而且由