浸渍法介绍分析.docx

浸渍法 概述 以浸渍为关键和特殊步骤制造催化剂的方法称浸渍法，也是目前催化剂工 业生产中广泛应用的一种方法。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 确保液体被吸人到整个?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空下浸渍。 浸渍法有以下优点：?第一，附载组分多数情况下仅仅分布在载体表面上， 利用率高、用量少、成本低，这对铂、铑、钯、铱等贵金属型负载催化剂特别 有意义，可节省大量贵金属；第?二，可以用市售的、已成形的、规格化的载体 材料，省去催化剂成型步骤。第三，可通过选择适当的载体，为催化剂提供所 需物理结构特性，如比表面、孔半径、机?械强度、热导率等。可见浸渍法是一 种简单易行而且经济的方法。广泛用于制备负载型催化剂，尤其是低含量的贵 金属附载型催化剂。其缺点是其焙烧热分解工序常?产生废气污染。 浸渍法工艺 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，其特点可由流 程图看出。粒状载体浸渍法工艺如图?6—2?所 示。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，其流程见图?6—3。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 载体原料?载体原料 粉状载体 浸渍溶液 ↓ ↓ ↓ ↓ 水→?混 合 水→ 浸 渍?←沉淀剂 ↓ ↓ 干燥 过滤洗涤 ↓ ↓ 成 型 干燥 ↓ ↓ 浸 渍 焙烧分解 ↓ ↓ 干燥 混合 ↓ ↓ 焙烧分解 成型 ↓ ↓ 过筛包装 过筛包装 ↓ ↓ 成品 成品 图?6-2?粒状载体浸渍法工艺流程图 图?6—3?粉状载体浸渍法工艺流程图 例如，铂试剂氯铂酸?H2PtCl?是常吸附在氧化铝或活性炭上，但在硅胶上 则不能吸附，采用初湿法(吸干浸渍)，可以使氧化铝颗粒的外部沉积上很薄的 铂壳层，用于防止快速反应的扩散是很有好处的。如要取得更均匀的分散可以 用竞争吸附的方法，即往溶液中加入硝酸或盐酸来降低氯铂离子的吸附性，由 此造成更为均匀的沉积。另一方面，铂可以?Pt(NH3)4C13?形式与氧化铝作 用，在此情况下，铂是处于阴离子形式。它不太容易吸附在氧化铝上，但可较 强地吸附在硅胶上。如想制备不含卤素的催化剂，则可选用如二氨基二硝基铂 Pt(NH3)2(N02)2?这样的化合物，通过往浸渍液中加入有机酸，例如柠檬 酸的方法，也能在催化剂颗粒的稍靠里边的地方埋置一层催化剂的物质，可抑 制有毒物沉积在催化剂载体外壳表面，增加催化剂的寿命。用于汽车发动机排 气污染物氧化的负载型铂催化剂就是一例。 一般来说，若试剂有充分时间扩散，及副反应不为主的话，使用过量溶液 的浸渍法