催化剂的制备经典方法[

引言•一、催化化学在国民经济中占有十分重要的意义•工业制造的化学品的生产过程，有80%涉及催化（包括环保、农用化学品、化肥、燃料、手性化学品、医用化学品、三大合成材料、精细化学品等）。并且，每种新催化剂和催化工艺的研制成功，都会引起包括化工、石油加工等重大工业在内的生产工艺上的改革，生产成本大幅降低，并为改变人类生活提供一系列新产品和新材料。•现代人所面临的许多困难，如自然资源的开发、新能源的利用以及污染等问题的解决，也都要部分地依赖于催化过程。二、催化化学又一门综合的科学催化化学是在漫长的历史发展过程中，从许多别的学科，包括物理学、生物学以及化学各分支学科中吸取了大量的成就的基础上发展起来的一门边缘科学。催化剂的制备催化剂制备的要点多种化学组成的匹配：各组分一起协调作用的多功能催化剂。一定物理结构的控制：粒度、比表面、孔体积。催化剂的一般制备方法•不同制备方法，成分、用量相同，但催化剂的性能可能不同–沉淀法–浸渍法–混合法–离子交换法一、沉淀法沉淀法的基本原理是在含金属盐类的水溶液中，加进沉淀剂，以便生成水合氧化物，碳酸盐的结晶或凝胶。将生成的沉淀物分离，洗涤，干燥后，即得催化剂。金属盐溶液NaOH(Na2CO3)沉淀洗涤活化成型干燥焙烧研磨催化剂水热合成法：在常温常压下水溶液的沉淀理论，形成沉淀粒子的因素是溶度积和相对过饱和度，为了得到更大的过饱和度，水溶液温度升到常压沸点以上，为了保持液相，必须加压。在高压状态下水的气相和液相可以共存。水在高温、高压下时称之为水热状态。在此状态下合成无机化合物称为水热合成，此反应称为水热反应。利用水热合成可以合成大的单晶和新的沸石分子筛。水热合成的温度在150C以下称为低温水热合成，温度在150C以上称为高温水热合成。低温水热合成有利于得到孔径较大的沸石，大多数是出于非平衡状态的介稳相。沉淀法制备催化剂举例（1）Al2O3的制备（单组分沉淀法）先制成氧化铝的水合物，再将其转化为Al2O3。水合氧化铝一般有四种：-Al2O33H2O：水氧铝；-Al2O3H2O：水软钼石-Al2O33H2O：拜尔石；-Al2O3H2O：水硬铝石常见氧化铝按晶形分成8种，可归为两类：1）低温氧化铝（低于873K煅烧而得）：包括、、x、和型，统称为族。2）高温氧化铝（在11731273K下煅烧而得）：包括、、三种类型，统称为族。-Al2O3为最稳定态，使高温煅烧而得的惰性Al2O3，是一种比表面较小的载体。又称刚玉。（2）分子筛的合成NaY原粉Na型丝光沸石混合水玻璃硫酸铝偏铝酸钠氢氧化钠成胶晶化过滤洗涤干燥（一）过程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，即得催化剂。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。浸渍法基本原理为：当多孔载体与溶液接触时，由于表面张力作用而产生的毛细管压力，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。不同组分（包括溶剂分子）在载体上有竞争吸附作用，有不同的情况。二、浸渍法载体（如Al2O3）的沉淀洗涤干燥载体的成型用活性组份浸渍干燥焙烧分解活化还原负载型金属催化剂（二）浸渍法的原理•活性组份在载体表面上的吸附•毛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（三）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，活性白土等）•负载组份利用率高，用量少（如贵金属）（四）浸渍法实例•铂/氧化铝-----重整催化剂—将汽油中直链烃芳构化载体（99.9%Al2O3）成型1/6*1/6英寸预处理：比表面250m2/g,0.56ml/g540oC活化、冷却、浸渍铂氯酸0.2-0.6%120oC干燥590oC活化焙烧分解高温活化还原负载型重整催化剂三、混合法•直接将两种或两种以上物质机械混合再经碾压制成。其基本操作时将活性组分与载体机械混合后，碾压至一定程度，最后煅烧活化。•设备简单，操作方便，产品化学组成稳定（球磨机、拌粉机）•分散性和均匀性较低四、离子交换法•离子交换法是在载体上进行金属离子交换而负载的方法，可以制备高分散性的金属催化剂。•离子交换法中，根据离子交换的种类和交换度的不同，需要注意交换温度、交换液浓度等因素。•利用离子交换的手段把活性组分以阳离子的形式交换吸附到载体上。•适用于低含量，高利用率的贵金属催化剂。•用于活性组分高分散，均匀分布大表面的负载型金属催化剂。分子筛上的离子交换•氢型分子筛的制备（H-ZSM-5）硅酸钠硫酸铝氢氧化钠晶化Na-ZSM-5分子筛1MNH4NO3交换3～5次NH4-ZSM-5分子筛焙烧脱氨H-ZSM-5五、工业用催化剂的成型•催化剂必须有一个预先确定的形状（球型、条型、微球型、蜂窝型等)和大小，而形状和大小则取决于催化剂的用途和使用催化剂的反应器类型。并且，催化剂颗粒形状对其活性、选择性、强度、阻力、传热等有影响。•催化剂形状的不同类型及其相应的应用情况形状大小反应器类型形状大小反应器类型挤条压片d=1-5mmL=3-30mmd=3-10mmh=3-10mm固定床反应器颗粒丸粒球球d=1-20mmd=1-50mmd=1-5mmd=20-100μm固定床反应器固定床反应器固定床反应器，浆态床反应器，提升管反应器六、固体催化剂制备方法进展•超细粒度催化剂–超细粒子在纳米尺度时的表面效应–反应中的扩散行为–催化剂活性增强•溶胶凝胶法–多组分在胶体中分布均匀–可同步形成共沉淀物•膜催化剂–提高转化率–简化分离工序