催化劑的制備方法--浸漬法

1、LOGO催化劑的制備方法浸漬法催化劑的制備方法浸漬法催化劑的制備方法浸漬法Content浸漬法基本原理浸漬法基本原理2制備催化劑的影響因素制備催化劑的影響因素4浸漬法主要工藝浸漬法主要工藝5活性組分的不均勻分布活性組分的不均勻分布3浸漬法概述浸漬法概述1浸漬法制備催化劑示例浸漬法制備催化劑示例6催化劑的制備方法浸漬法一、浸漬法概述載體（如載體（如Al2O3）的沉淀）的沉淀載體的成型載體的成型載體的預(yù)處理載體的預(yù)處理用活性組份溶液浸漬干燥干燥焙燒分解焙燒分解活化（還原）活化（還原）負(fù)載型金屬催化劑負(fù)載型金屬催化劑 廣泛用于制備負(fù)載型催化劑廣泛用于制備負(fù)載型催化劑 （尤其負(fù)載型金屬催化劑）（尤其負(fù)

2、載型金屬催化劑）催化劑的制備方法浸漬法 浸漬法（浸漬法（impregnation）是將是將載體載體放進(jìn)含有活性物質(zhì)的放進(jìn)含有活性物質(zhì)的液體或氣體中浸漬，活性物質(zhì)逐漸吸附于載體的表面，當(dāng)浸液體或氣體中浸漬，活性物質(zhì)逐漸吸附于載體的表面，當(dāng)浸漬平衡后，將剩下的液體除去，再進(jìn)行干燥、焙燒、活化等漬平衡后，將剩下的液體除去，再進(jìn)行干燥、焙燒、活化等即可制得催化劑。即可制得催化劑。 浸漬法通常包括載體預(yù)處理、浸漬液配制、浸漬、除去浸漬法通常包括載體預(yù)處理、浸漬液配制、浸漬、除去過(guò)量液體、干燥和焙燒、活化等過(guò)程；過(guò)量液體、干燥和焙燒、活化等過(guò)程； 浸漬法適用于制備稀有貴金屬催化劑，活性組分含量較浸漬法適用

3、于制備稀有貴金屬催化劑，活性組分含量較低的催化劑，以及需要高機(jī)械強(qiáng)度的催化劑。低的催化劑，以及需要高機(jī)械強(qiáng)度的催化劑。 催化劑的制備方法浸漬法優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)載體形狀尺寸已確定，載體形狀尺寸已確定，載體具有合適比表面、載體具有合適比表面、孔徑、強(qiáng)度、導(dǎo)熱率；孔徑、強(qiáng)度、導(dǎo)熱率；活性組分利用率高、成活性組分利用率高、成本低；本低；生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能生產(chǎn)方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力高；力高；浸漬法浸漬法缺點(diǎn)缺點(diǎn)焙燒產(chǎn)生污染氣體；焙燒產(chǎn)生污染氣體；干燥過(guò)程會(huì)導(dǎo)致活性干燥過(guò)程會(huì)導(dǎo)致活性組分遷移；組分遷移；催化劑的制備方法浸漬法二、浸漬法基本原理 固體孔隙與液體接觸時(shí)，固體孔隙與液體接觸時(shí)，由于表面張力的作用而由于表面

4、張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使液產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使液體滲透到毛細(xì)管內(nèi)部；體滲透到毛細(xì)管內(nèi)部； 活性組分在孔內(nèi)擴(kuò)散及活性組分在孔內(nèi)擴(kuò)散及在載體表面吸附；在載體表面吸附；催化劑的制備方法浸漬法三、活性組分的不均勻分布 均勻型均勻型 蛋殼型蛋殼型 蛋白型蛋白型 蛋黃型蛋黃型Uniform Egg-shell Egg-white Egg-YolkActive phase/SupportSupport活性組分分布類型的選擇活性組分分布類型的選擇（取決于催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)）（取決于催化反應(yīng)宏觀動(dòng)力學(xué)） ：適用于反應(yīng)受適用于反應(yīng)受外擴(kuò)散控制外擴(kuò)散控制適用于反應(yīng)受適用于反應(yīng)受動(dòng)力學(xué)控制動(dòng)力學(xué)控制適用于反應(yīng)介質(zhì)

5、中有毒物，適用于反應(yīng)介質(zhì)中有毒物，且載體又能吸附該毒物且載體又能吸附該毒物催化劑的制備方法浸漬法添加競(jìng)爭(zhēng)吸附劑添加競(jìng)爭(zhēng)吸附劑選擇合適的溶質(zhì)和溶劑選擇合適的溶質(zhì)和溶劑選擇合適的載體選擇合適的載體控制活性組分分布的辦法改變浸漬條件改變浸漬條件催化劑的制備方法浸漬法四、制備催化劑的影響因素浸漬液性質(zhì)載體性質(zhì)影響因素載體預(yù)處理浸漬后熱處理競(jìng)爭(zhēng)吸附劑浸漬條件催化劑催化劑的制備方法浸漬法活性組分金屬的易溶鹽活性組分金屬的易溶鹽 硝酸鹽、銨鹽、有機(jī)酸鹽（乙酸鹽等）；硝酸鹽、銨鹽、有機(jī)酸鹽（乙酸鹽等）；浸漬液濃度（取決于所要求的活性組分負(fù)載量）：浸漬液濃度（取決于所要求的活性組分負(fù)載量）：%1001ppCVC

6、Va催化劑中活性組分含量（以氧化物計(jì)）載體比孔容，ml/g浸漬液濃度（以氧化物計(jì)），g/ml4.1 浸漬液性質(zhì)的影響浸漬液的配制浸漬液的配制催化劑的制備方法浸漬法4.1.1 金屬鹽類 當(dāng)使用同種活性組分的不同類型金屬鹽類水溶液時(shí)，由于金屬鹽類中的當(dāng)使用同種活性組分的不同類型金屬鹽類水溶液時(shí)，由于金屬鹽類中的配合物與載體浸漬時(shí)所產(chǎn)生的配位基置換反應(yīng)機(jī)理不同，所制備的催化劑中配合物與載體浸漬時(shí)所產(chǎn)生的配位基置換反應(yīng)機(jī)理不同，所制備的催化劑中活性組分的分布是不同的?；钚越M分的分布是不同的。 如圖4-1所示，制備Pt Al2O3催化劑時(shí)，氯鉑酸由于與Al2O3有強(qiáng)的吸附作用，浸漬后Pt高度集中在顆粒外

7、表面；而二氨基二亞硝基鉑由于幾乎不被Al2O3吸附，催化劑中Pt近于呈均勻分布；圖圖4-1 不同浸漬液時(shí)不同浸漬液時(shí)Pt在在Al2O3上的濃度分布上的濃度分布催化劑的制備方法浸漬法4.1.2 浸漬液所用溶劑 浸漬液溶劑多采用去離子水，但當(dāng)載體成分容易在水溶液中洗提出來(lái)時(shí)，浸漬液溶劑多采用去離子水，但當(dāng)載體成分容易在水溶液中洗提出來(lái)時(shí)，或者是要負(fù)載的活性組分難溶于水時(shí)，就需使用醇類或烴類等溶劑?；蛘呤且?fù)載的活性組分難溶于水時(shí)，就需使用醇類或烴類等溶劑。 由于不同載體的親疏水性不同，不同溶劑的極性也不同，所以當(dāng)使用不由于不同載體的親疏水性不同，不同溶劑的極性也不同，所以當(dāng)使用不同類型的溶劑時(shí)，所

8、制備的催化劑上活性組分的分布就不同。同類型的溶劑時(shí)，所制備的催化劑上活性組分的分布就不同。溶劑溶劑H2PtCl6/-Al2O3H2PtCl6/活性炭活性炭水水均勻分布均勻分布“蛋殼蛋殼”型分布型分布丙酮丙酮“蛋殼蛋殼”型分布型分布均勻分布均勻分布表表4-1 溶劑對(duì)活性組分在載體上分布的影響溶劑對(duì)活性組分在載體上分布的影響催化劑的制備方法浸漬法4.1.3 浸漬液濃度 濃度過(guò)高，活性組分在孔內(nèi)分布不均勻，易得到較粗的金屬顆粒濃度過(guò)高，活性組分在孔內(nèi)分布不均勻，易得到較粗的金屬顆粒且粒徑分布不均勻；且粒徑分布不均勻； 濃度過(guò)低，一次浸漬達(dá)不到要求，必須多次浸漬，費(fèi)時(shí)費(fèi)力；濃度過(guò)低，一次浸漬達(dá)不到要求

9、，必須多次浸漬，費(fèi)時(shí)費(fèi)力； 當(dāng)要求負(fù)載量低于飽和吸附量，應(yīng)采用稀濃度浸漬液浸漬，并延當(dāng)要求負(fù)載量低于飽和吸附量，應(yīng)采用稀濃度浸漬液浸漬，并延長(zhǎng)浸漬時(shí)間或使用競(jìng)爭(zhēng)吸附劑，使吸附的活性組分均勻分布；長(zhǎng)浸漬時(shí)間或使用競(jìng)爭(zhēng)吸附劑，使吸附的活性組分均勻分布；催化劑的制備方法浸漬法4.2 載體性質(zhì)的影響載體的一般要求：載體的一般要求：機(jī)械強(qiáng)度高；機(jī)械強(qiáng)度高；合適的顆粒形狀與尺寸、適宜的表面積、合適的顆粒形狀與尺寸、適宜的表面積、孔結(jié)構(gòu)等；孔結(jié)構(gòu)等；耐熱性好；耐熱性好；導(dǎo)熱性能良好（針對(duì)強(qiáng)放導(dǎo)熱性能良好（針對(duì)強(qiáng)放/吸熱反應(yīng)）；吸熱反應(yīng)）；足夠的吸水性；足夠的吸水性；載體為惰性，與浸漬液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；載體為

10、惰性，與浸漬液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；不含催化劑毒物和導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生的物質(zhì)；不含催化劑毒物和導(dǎo)致副反應(yīng)發(fā)生的物質(zhì)；原料易得，制備簡(jiǎn)單，無(wú)污染；原料易得，制備簡(jiǎn)單，無(wú)污染；常用載體：常用載體：氧化鋁氧化鋁硅膠硅膠分子篩分子篩活性炭活性炭硅藻土硅藻土浮石浮石活性白土活性白土炭纖維炭纖維催化劑的制備方法浸漬法4.2.1 載體的選擇與預(yù)處理載體的選擇因反應(yīng)不同而異：如，乙烯精制去除少量乙炔（加氫）：如，乙烯精制去除少量乙炔（加氫）： Pd / -Al2O3對(duì)載體的要求：對(duì)載體的要求： 低比表面積、大孔徑低比表面積、大孔徑 （使乙炔加氫產(chǎn)物乙烯盡快脫離催化劑表面）（使乙炔加氫產(chǎn)物乙烯盡快脫離催化劑表面） 無(wú)酸性

11、無(wú)酸性（防止烯、炔的聚合反應(yīng)，延長(zhǎng)催化劑壽命）（防止烯、炔的聚合反應(yīng)，延長(zhǎng)催化劑壽命）催化劑的制備方法浸漬法4.2.2 載體的吸附性質(zhì)氧化物對(duì)金屬絡(luò)離子的吸附?jīng)Q定于以下參數(shù)：氧化物對(duì)金屬絡(luò)離子的吸附?jīng)Q定于以下參數(shù)： 氧化物的等電點(diǎn)氧化物的等電點(diǎn) 浸漬液的浸漬液的pH值值 金屬絡(luò)離子的性質(zhì)金屬絡(luò)離子的性質(zhì)催化劑的制備方法浸漬法4.2.3 載體的孔結(jié)構(gòu)孔容孔容孔半徑孔半徑比表面積比表面積催化劑活性組分活性組分?jǐn)U散擴(kuò)散催化劑的制備方法浸漬法4.3 載體預(yù)處理的影響載體的預(yù)處理載體的預(yù)處理抽真空抽真空處理處理焙燒焙燒處理處理化學(xué)改性化學(xué)改性處理處理水泡水泡處理處理氧化鋁的焙燒氧化鋁的焙燒催化劑的制備方

12、法浸漬法v 水泡處理水泡處理 浸漬過(guò)程通常產(chǎn)生大量的吸附熱，使浸漬液溫度升高，有的浸漬液浸漬過(guò)程通常產(chǎn)生大量的吸附熱，使浸漬液溫度升高，有的浸漬液pHpH值低，由于酸的作用會(huì)給催化劑結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度帶來(lái)不利影響采用水值低，由于酸的作用會(huì)給催化劑結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度帶來(lái)不利影響采用水泡處理可以減少吸附熱的影響泡處理可以減少吸附熱的影響v 焙燒處理焙燒處理 通過(guò)微晶燒結(jié)，提高機(jī)械強(qiáng)度；通過(guò)微晶燒結(jié)，提高機(jī)械強(qiáng)度； 除去載體中易揮發(fā)組分形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；除去載體中易揮發(fā)組分形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)； 使載體獲得一定的晶型、晶粒大小、孔使載體獲得一定的晶型、晶粒大小、孔結(jié)構(gòu)及比表面積；結(jié)構(gòu)及比表面積；催化劑的制備方法浸漬法v 載體的

13、抽真空處理載體的抽真空處理 提高載體的吸附容量，保證金屬負(fù)載量提高載體的吸附容量，保證金屬負(fù)載量v 載體的化學(xué)改性處理載體的化學(xué)改性處理 例如活性炭載體表面經(jīng)不同氧化處理后，可產(chǎn)生大量具有例如活性炭載體表面經(jīng)不同氧化處理后，可產(chǎn)生大量具有親水性的基團(tuán)，提高了對(duì)活性組分的錨定作用，使其分散親水性的基團(tuán)，提高了對(duì)活性組分的錨定作用，使其分散度提高度提高催化劑的制備方法浸漬法4.4 競(jìng)爭(zhēng)吸附劑的影響在浸漬液中除了活性組分以外，有時(shí)還加入適量的第二組在浸漬液中除了活性組分以外，有時(shí)還加入適量的第二組分，載體在吸附活性組分的同時(shí)也吸附第二組分，所加入的分，載體在吸附活性組分的同時(shí)也吸附第二組分，所加入的

14、第二組分就稱為競(jìng)爭(zhēng)吸附劑，這種作用稱為競(jìng)爭(zhēng)吸附作用；第二組分就稱為競(jìng)爭(zhēng)吸附劑，這種作用稱為競(jìng)爭(zhēng)吸附作用；適量加入競(jìng)爭(zhēng)吸附劑可使活性組分達(dá)到均勻地分布；適量加入競(jìng)爭(zhēng)吸附劑可使活性組分達(dá)到均勻地分布； 常用競(jìng)爭(zhēng)吸附劑有檸檬酸、酒石酸、鹽酸、草酸、乳酸、常用競(jìng)爭(zhēng)吸附劑有檸檬酸、酒石酸、鹽酸、草酸、乳酸、三氯乙酸等。三氯乙酸等。催化劑的制備方法浸漬法溶液固體溶液固體溶液固體(a)(a)浸漬前浸漬前(b) 浸漬后浸漬后(c)競(jìng)爭(zhēng)吸附劑浸漬后競(jìng)爭(zhēng)吸附劑浸漬后 未吸附點(diǎn)未吸附點(diǎn) 鉑的吸附點(diǎn)鉑的吸附點(diǎn) 競(jìng)爭(zhēng)劑吸附點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)劑吸附點(diǎn) 競(jìng)爭(zhēng)吸附的典型例子競(jìng)爭(zhēng)吸附的典型例子: :-Al-Al2 2O O3 3用氯鉑酸溶

15、液浸漬用氯鉑酸溶液浸漬4.4.1 競(jìng)爭(zhēng)吸附典型例子催化劑的制備方法浸漬法4.5 浸漬條件的影響浸漬條件的影響浸漬條件的影響浸漬時(shí)間浸漬液濃度浸漬液pH值及溫度催化劑的制備方法浸漬法 浸漬時(shí)間Increasing impregnation timePt/Al2O3Al2O3Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)4.5.1 浸漬時(shí)間催化劑的制備方法浸漬法 浸漬液濃度浸漬液濃度4.5.2 浸漬液濃度 當(dāng)催化劑要求活性組分含量較高時(shí)，需要高濃度浸漬液進(jìn)

16、行浸漬。當(dāng)催化劑要求活性組分含量較高時(shí)，需要高濃度浸漬液進(jìn)行浸漬。因?yàn)槭芑衔锶芙舛鹊南拗疲枰訜岚呀饘冫}類溶解，且高濃度浸漬因?yàn)槭芑衔锶芙舛鹊南拗疲枰訜岚呀饘冫}類溶解，且高濃度浸漬液中活性組分不易浸透粒狀載體的微孔，故所制備的催化劑中載體顆粒液中活性組分不易浸透粒狀載體的微孔，故所制備的催化劑中載體顆粒內(nèi)外金屬負(fù)載量不均勻，載體微孔將被阻塞，金屬晶粒的粒徑粒徑較大內(nèi)外金屬負(fù)載量不均勻，載體微孔將被阻塞，金屬晶粒的粒徑粒徑較大且分布較寬。且分布較寬。催化劑的制備方法浸漬法4.5.3 浸漬液pH值及溫度浸漬液的浸漬液的pH值主要包括兩方面的作用：值主要包括兩方面的作用：一，對(duì)保證浸漬液不

17、會(huì)產(chǎn)生沉淀或結(jié)晶有著重要的作用；一，對(duì)保證浸漬液不會(huì)產(chǎn)生沉淀或結(jié)晶有著重要的作用；二，對(duì)載體的吸附性能有較大影響；二，對(duì)載體的吸附性能有較大影響； 由于吸附是放熱反應(yīng)，所以浸漬液的溫度高不利于由于吸附是放熱反應(yīng)，所以浸漬液的溫度高不利于活性組分的吸附，但浸漬液溫度過(guò)低會(huì)造成活性組分結(jié)活性組分的吸附，但浸漬液溫度過(guò)低會(huì)造成活性組分結(jié)晶析出；晶析出；催化劑的制備方法浸漬法4.6 浸漬后熱處理的影響 干燥方式干燥方式- -常規(guī)干燥，真空干燥，微波干燥等常規(guī)干燥，真空干燥，微波干燥等 干燥過(guò)程中活性組分的遷移干燥過(guò)程中活性組分的遷移（導(dǎo)致分布不均勻）（導(dǎo)致分布不均勻） Static drying Dr

18、ying at low flow rate Freeze drying解決措施：解決措施：快速干燥快速干燥冷凍干燥冷凍干燥Tendency towardsegg-shell catalyst催化劑的制備方法浸漬法過(guò)量浸漬：過(guò)量浸漬：將載體浸漬在過(guò)量溶液將載體浸漬在過(guò)量溶液中，溶液體積大于載體可吸附的液體中，溶液體積大于載體可吸附的液體體積，一段時(shí)間后除去過(guò)剩的液體，體積，一段時(shí)間后除去過(guò)剩的液體，干燥、焙燒、活化；干燥、焙燒、活化；等體積浸漬：等體積浸漬：預(yù)先測(cè)定載體吸入預(yù)先測(cè)定載體吸入溶液的能力，然后加入正好使載體完溶液的能力，然后加入正好使載體完全浸漬所需的溶液量；全浸漬所需的溶液量；五、

19、浸漬法主要工藝催化劑的制備方法浸漬法 蒸氣浸漬法：蒸氣浸漬法：借助浸漬化合物的揮發(fā)性，以蒸氣借助浸漬化合物的揮發(fā)性，以蒸氣相的形式將其負(fù)載于載體上；相的形式將其負(fù)載于載體上；例：制備正丁烷異構(gòu)化催化劑例：制備正丁烷異構(gòu)化催化劑AlCl3/鐵礬土鐵礬土 在反應(yīng)器中裝入鐵礬土載體，然后以熱的正丁烷氣流將在反應(yīng)器中裝入鐵礬土載體，然后以熱的正丁烷氣流將活性活性AlCl3組分汽化，并帶入反應(yīng)器，使之浸漬在載體上。當(dāng)組分汽化，并帶入反應(yīng)器，使之浸漬在載體上。當(dāng)負(fù)載量足夠時(shí)，便可切斷氣流中的負(fù)載量足夠時(shí)，便可切斷氣流中的AlCl3，通入正丁烷進(jìn)行異，通入正丁烷進(jìn)行異構(gòu)化反應(yīng)。構(gòu)化反應(yīng)。催化劑的制備方法浸漬

20、法 多次浸漬法：多次浸漬法：將浸漬、干燥和焙燒反復(fù)進(jìn)行多次；將浸漬、干燥和焙燒反復(fù)進(jìn)行多次；采用多次浸漬的原因：采用多次浸漬的原因： 配制浸漬的金屬鹽類或化合物的溶解度小，一次浸漬時(shí)載體負(fù)載量配制浸漬的金屬鹽類或化合物的溶解度小，一次浸漬時(shí)載體負(fù)載量小，需重復(fù)多次浸漬；小，需重復(fù)多次浸漬； 載體的孔容小，一次負(fù)載量過(guò)多時(shí)，易造成活性組分分布不均；載體的孔容小，一次負(fù)載量過(guò)多時(shí)，易造成活性組分分布不均； 多組分溶液浸漬時(shí)，由于各活性組分在載體上的吸附能力不同，吸多組分溶液浸漬時(shí)，由于各活性組分在載體上的吸附能力不同，吸附能力強(qiáng)的組分易富集于孔口，而吸附能力弱的組分則分布在孔內(nèi)，附能力強(qiáng)的組分易富集于孔口，而吸附能力弱的組分則分布在孔內(nèi)，也會(huì)造成分布不均；也會(huì)造成分布不均；催化劑的制備方法浸漬法 流化床浸漬法：流化床浸漬法：將預(yù)先配制好的浸將預(yù)先配制好的浸漬液直接噴灑到流化床中處于流化漬液直接噴灑到流化床中處于流化狀態(tài)的載體上；狀態(tài)的載體上； 優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單、操作方便、周期優(yōu)點(diǎn)：流程簡(jiǎn)單、操作方便、周期