材料学中浸渍法的课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,浸渍法,Impregnation method,浸渍法,将载体放到含有活性物质、助剂成分的液体或气体中浸渍，依靠毛细管压力进入使组分进入载体内部，同时组分还会在载体表面上吸附。使活性组分在载体表面吸附直到平衡，除去剩余液体，进行干燥、焙烧、活化（还原）等后处理,浸渍法,浸渍法通常包括载体预处理、浸渍液配置、浸渍、除去过量液体、干燥和焙烧、活化等过程,浸渍过程包括渗透、扩散、吸附、沉积、离子交换及发生反应等过程,浸渍法,分类,按活性组分的状态,溶液浸渍、气相浸渍,按载体情况,干法浸渍、湿法浸渍,按溶液使用量,等体积浸渍（或饱和浸渍，喷淋浸渍）、湿法浸渍（过饱和浸渍）,浸渍法,湿法浸渍 等体积浸渍,（,A,）,（,B,）,浸渍法,优点：,使用已经制成的各种形状尺寸的催化剂载体；,可以选择具有合适比表面、孔径、强度、导热率性能的载体；,被负载组分分布在载体表面，利用率高、成本低；,生产方法比较简单易行，生产能力高,浸渍法,缺点：,焙烧时产生的废气造成环境污染,干燥过程会造成活性组分迁移,浸渍法,对载体的要求：,机械强度、耐热性能好,适宜的形状、大小、比表面、孔结构、表面酸碱性和足够的吸水率,不含使催化剂中毒和导致副反应发生的物质,浸渍法,对载体的要求：,原料易得，制备简单，常用的多孔载体为：氧化铝、硅胶、活性炭、分子筛、硅藻土、硅酸铝、浮石、活性白土等，尤其前四种。,预处理过程：焙烧、酸化、钝化、扩孔等。,浸渍法,浸渍液的选择,活性组分易溶盐的水溶液,焙烧过程盐类易分解成氧化物，经氢气还原为金属,非活性组分或对催化剂有害得物质，在焙烧或还原时易挥发,浸渍法,浸渍液的选择,根据活性组分在载体上分布形式的要求，选择适宜的盐溶液,通常采用硝酸盐、氯化物、有机酸盐、铵盐的浸渍液。,Au,、,Pd,、,Pt,等贵金属可采用,H,2,PtCl,6,、,PdCl,2,，前提是催化剂不受,Cl,-,的影响,浸渍法,浸渍液的选择,与载体、溶液本身的性质有关；与载体的细孔结构、大小、形状及孔径有关；与溶液的粘度、浓度等有关,水溶液浸渍氧化物载体，毛细管力足够大，浸渍能顺利进行,浸渍法,浸渍液的选择,活性炭,-,水的浸润角为,60,86,o,，需要对活性炭进行排气处理，才能有效浸渍,对于疏水性载体时，,cos,1,时，由于,SiO,2,表面有负电位，故可以吸附阳离子,MgO,载体等电点大于,10,，可吸附阴离子络合物,Al,2,O,3,为两性氧化物，可选用,pH8,和阳离子络合物溶液作吸附剂,浸渍过程影响因素,载体的预处理,水蒸气处理或焙烧处理,水泡处理,抽真空处理,化学改性处理,浸渍过程影响因素,载体的水蒸气处理,例载体,-Al,2,O,3,水蒸气处理对吡啶,HDN,活性的影响,浸渍过程影响因素,水泡处理,浸渍过程通常产生大量的吸附热，使浸渍液温度升高，有的浸渍液,pH,值低，由于酸的作用会给催化剂结构和强度带来不利影响采用水泡处理可以减少吸附热的影响,浸渍过程影响因素,浸渍过程影响因素,载体的抽真空处理,提高载体的吸附容量，保证金属负载量,载体的化学改性处理,例如活性炭载体表面经不同氧化处理后，可产生大量具有亲水性的基团，提高了对活性组分的锚定作用，使其分散度提高,浸渍过程影响因素,浸渍过程影响因素,浸渍盐溶液对催化剂结构和性能的影响,例：,浸渍过程影响因素,一般铵络合物为浸渍液制备的催化剂分散度较高，,H,2,PdCl,4,溶液浸渍时形成表面物种,PdO,浸渍液不同，物种的吸附速度和渗透速度不同，制成不同分布的催化剂,Pd,NH,3,NH,3,Si-O,Si-O,浸渍过程影响因素,在水溶液中与氧化铝表面活性点反应性强且吸附很快的化合物（如,H,2,PtBr,6,，,(NH,4,),2,PdCl,4,(NH,4,),2,PdCl,6,(NH,4,),3,RhCl,6,等浸渍,60min,后，虽吸附在继续，但渗透深度不增加，一般,200,m,左右,；而吸附慢的化合物（如,NH,4,Pt(C,2,H,4,)Cl,3,Pd(CH,3,),4,Cl,2,(NH,4,),2,PtCl,6,吸附量较小，但金属能渗透到载体中心部分,浸渍过程影响因素,载体的湿润和浸渍速度,润湿现象，载体多为亲水性,浸渍过程影响因素,浸渍方法,干浸法,湿浸法：易造成活性组分不均匀性,分浸法：多组分、高负载量,混合浸渍法：每种离子的浸渍速度不同,喷浸法,浸渍沉淀法,浸渍过程影响因素,浸渍,-,沉淀法,例：在制备负载贵金属催化剂时，先浸渍贵金属的氯化物盐酸溶液（氯铂酸、氯钯酸等），再用碱溶液中和之，转化为氢氧化物沉淀在载体内孔表面。有利于氯离子脱除，提高催化剂质量，降低焙烧时废气污染；金属可在较低温度下被肼、甲醛等含氢化合物预还原，且金属粒子较细。,浸渍过程影响因素,浸渍顺序（先浸，后浸，共浸）对催化剂性质的影响,使某一活性组分在表面的分散度增加,结构因素,金属组分之间有电子的转移，如改变,d,带填满程度,电子因素,某一组分先与载体相互作用，甚至生成某种化合物，其它组分分散在其表面,浸渍过程影响因素,金属含量：,Ba-2,；,Ru-4,；,K-12,反应条件：,400,o,C,，,2.64*10,6,Pa,，空速,3000,，,N,2,/H,2,=1/3,浸渍顺序对合成氨催化剂性能的影响,浸渍过程影响因素,浸渍时间,浸渍过程影响因素,浸渍液浓度：决定于催化剂中活性组分的含量,浸渍液用量,wet or soaking or dipping impregnation(with excess solution),incipient wetness impregnation or“dry”impregnation,杂质,浸渍过程影响因素,吸附过程,活性组分在载体上的吸附因活性组分及载体性质而异,浸渍过程影响因素,吸附过程,活性组分毛细孔内吸附存在动态平衡,在浸渍过程中，活性组分在孔内存在吸附及扩散过程,活性组分分布的均匀性与浸渍持续时间关系极大,浸渍过程影响因素,竞争吸附原理及模型,吸附速度和扩散速度不同，活性组分分布往往不均匀,在浸渍溶液中，除含有活性组分外，再加入适量第二组分（一般为酸类），该组分也吸附在载体上，加入的第二组分称为竞争吸附剂,采用竞争吸附剂提高活性组分的分布均匀性,浸渍过程影响因素,竞争吸附模型示意图,浸渍前 单纯氯铂酸浸渍 有竞争吸附剂,浸渍过程影响因素,Pt/,-Al,2,O,3,催化剂制备,H,2,PtCl,6,溶液浸渍,-Al,2,O,3,，,采用,HCl,作竞争吸附剂可以克服单独浸渍时分布不均的现象,浸渍过程影响因素,载体上活性组分的分布,均匀型,(uniform type),蛋壳型,(egg-shell type),蛋白型,(egg-white type),蛋黄型,(egg-yolk type),浸渍过程影响因素,催化剂活性组分在载体上的分布类型选择主要依据反应动力学及催化剂使用方式,严重受传质控制的催化发应，宜采用蛋壳型分布,反应由动力学因素控制时，采用均匀性分布,连串反应，以中间产物为目的产物，采用蛋壳型分布,催化剂使用过程中若经常受到冲击、磨损而导致活性组分消耗，宜采用蛋白或蛋黄型,浸渍过程影响因素,反应物中含有使催化剂中毒的物质，载体可以吸附毒物，采用蛋黄或蛋白型较适宜。例如，对于,Pd-Pt/Al,2,O,3,催化剂，若把活性高而耐毒性较差的,Pd,放在内层，把活性比,Pd,差、但耐毒性好的,Pt,放在外层负载，得到的汽车尾气处理催化剂既有高活性又有长的寿命。,浸渍过程影响因素,对于正级数反应，蛋壳型催化剂效率因子最高。,对于负级数反应，蛋黄型较好，因为扩散阻力增大了反应速率，当然也可选用蛋白型。例如,CO,的氧化反应即使用蛋白型催化剂。,思考上述原因？,浸渍过程影响因素,干燥方式,-,常规干燥，真空干燥，微波干燥等,干燥过程中溶液中溶质的迁移，大孔中溶液优先蒸发，溶液由大孔向小孔迁移,载体对活性组分吸附越弱、溶液浓度越小、干燥速度越慢，溶质迁移现象越严重；瞬间干燥可避免迁移现象,浸渍过程影响因素,干燥方式,-,常规干燥，真空干燥，微波干燥等,干燥过程中，热量从颗粒外部传到内部，导致溶质向颗粒外部迁移，造成分布不均匀,溶质为弱吸附，溶质的分布受浸渍效果和干燥过程的限制；强吸附，分布主要依赖于浸渍过程,