2025年現(xiàn)代化學實驗技術研究浸漬工藝實踐解析

試驗名稱浸漬法制備Pd/γ-Al?0?催化劑學生姓名張宇周超朱軍潔指導教師王永釗張宇周超朱軍潔(山西大學化學化工學院，山西太原030006)摘要：浸漬法是將載體浸泡在具有活性組分(主，助催化劑組分)的可溶性化合物溶和吸附量，進而計算出采用等體積浸漬法時所需的具有活性組分Pb2的PbCl?溶液和水關鍵字：等體積浸漬法催化劑Pd/γ-Al?030引言：浸漬法，機械混合法，離子互換法，熔融等"。由于制備措施的不一樣，盡管原料和用浸漬法是將載體浸泡在具有在活性組分(主，助催化劑組分)的可溶性化合物溶液中，接觸一定的時間后除去過剩的溶液，再經(jīng)干燥，焙燒和活化，即可制得催化劑2。由于浸漬法比較經(jīng)濟，且催化劑形狀、表面積、孔隙率等重要取決于載體，輕易選用。等體積浸漬法是預先測定載體吸入溶液的能力，然后加入恰好使載體完全浸漬所需的溶液量，這種措施稱為等體積浸漬法。應用這種措施可以省去過濾多出的浸漬溶液的環(huán)節(jié)，并且便于控制催化劑中活性組分的含量。因此，本試驗采用等體積浸漬法34制備負載型Pd/γ-Al?0?催化劑。試驗中首先測出γ-Al?O?的飽和吸附量，進而計算出采用等體積浸漬法時所需的具有活性組分Pb2的PbCl?溶液和水的量，然后將載體γ-Al?Os浸泡在適量的具有活性組分Pb2的PbCl?溶液與適量的水的混合液中，接觸一定的時間后，再經(jīng)干燥，焙燒和活化，即可制得催化劑。1.載體的選擇和浸漬液的配制5(1)載體的選擇浸漬催化劑的物理性能很大程度上取決于載體的物理性質(zhì)，載體甚至還影響到催化劑的化學活性。因此對的的選擇載體和對載體進行必要的預處理，是采用浸漬法制備催化劑時首先要考慮的問題。載體種類繁多，作用各異，有關載體的選擇要從物理原因和化學原因兩方面考慮。物理原因指的是顆粒大小，表面積和孔構造。一般采用已成型好的具有一定尺寸和外形的載體進行浸漬，省去催化劑的成型?；瘜W原因指的是載體可分為三種狀況：(i)惰性載體，載體的作用是使活性組份得到合適的分布；(ii)載體與活性組分有互相作用，它使活性組分有良好的分散并趨于穩(wěn)定，從而變化催化劑的性能(ii)載體具有催化作用，載體除有負載活性組分的功能外，還與所負載的活性組分一起發(fā)揮自身的催化作用。(2)浸漬液的配制進行浸漬時，一般并不是用活性組分自身制成溶液，而是用活性組分金屬的易容鹽配成溶液，本試驗采用PbCl?溶液。所用的活性組分化合物應當是易溶于水的，并且在焙燒時能分解成所需活性組分，或在還原后變成金屬活性組分；同步還必須使無用組分，尤其是對催化劑有毒的物質(zhì)在熱分解或還原過程中揮發(fā)出去。因此常用的是硝酸鹽，銨鹽，有機鹽。一般以去離子水為溶劑，但當載體易溶于水或活性組分不溶于水時，則可用醇或烴作為溶劑。2.活性組分在載體上的分布與控制6浸漬時溶解在溶劑中含活性組分的鹽類(溶質(zhì))在載體表面的分布，與載體對溶質(zhì)和溶劑的吸附性能有很大的關系。Maatman等曾提出活性組分在孔內(nèi)吸附的動態(tài)平衡過程模型，如圖1所示。圖中列舉了也許出現(xiàn)的四種狀況，為了簡化起見，用一種孔內(nèi)分布狀況來闡明。浸漬時，假如活性組分在孔內(nèi)的吸附速率快于它在孔內(nèi)的擴散，則溶液在孔中向前滲透過程中，活性組分就被孔壁吸附，滲透至孔內(nèi)部的液體就完全不含活性組分，這時活性組分重要吸附在孔口近處的孔壁上，見圖1(a)。假如分離出過多的浸漬液，并立即迅速干燥，則活性組分只負載在顆?？卓谂c顆粒外表面，分布顯然是不均勻的。圖1(b)是到達(a)的狀態(tài)后，立即分離出過多的浸漬液，但不立即進行干燥，而是靜置一段時間，這時孔中仍充斥液體，假如被吸附的活性組分，能以合適的速率進行解吸，則由于活性組分從孔壁上解吸下來，增大了孔中液體的濃度，活性組分從濃度較大的孔的前端擴散到濃度較小的末端液體中去，使末端的孔壁上也能吸附上活性組分，這樣活性組分通過脫附和擴散，而實現(xiàn)再分派，最終活性組分就均勻分布在孔的內(nèi)壁上。圖1(c)是讓過多的浸漬液留在孔外，載體顆粒外面的溶液中的活性組分，通過擴散不停補充到孔中，直抵到達平衡為止，這時吸附量將更多，并且在孔內(nèi)呈均一分布。圖1(d)表明，當活性組分濃度低，假如在抵達均勻分布前，顆粒外面溶液中的活性組分已耗盡，則活性組分的分布仍也許是不均勻的。溶質(zhì)量吸附的外面沒有溶質(zhì)的液體孔圖1活性組分在孔內(nèi)吸附的狀況3.多種浸漬法7(1)過量溶液浸漬法(2)等體積浸漬法(3)多次浸漬法(4)蒸氣浸漬法(1)干燥過程中活性組分的遷移用浸漬法制備催化劑時，毛細管中浸漬液所含的(2)負載型催化劑的焙燒和活化負載型催化劑中的活性組分是以高度分散的形學原理9,在還原過程中增大晶核生成的速率，有助于生成高分散度的金屬微晶；而提(3)互溶與固相反應在熱處理過程中活性組分和載體之間也許生成固體溶液或化1試驗部分1.1儀器與試劑1.1.1儀器移液管量筒蒸發(fā)皿馬弗爐烘箱滴管洗耳球坩堝電子天平坩堝鉗1.1.2試劑γ-Al?O?載體蒸餾水PdCl?[9.6mg/mL]1.2試驗操作1.2.1載體吸入溶液試驗稱取三份1.0g左右的40-60目γ-Al?O?載體，逐漸滴加蒸餾水，恰好使載體吸附飽和，記錄加入量V?、V?、V?,計算出載體的平均飽和吸附量為V。1.2.2計算出制備0.5%Pd/γ-Al?O?催化劑(載體為1g)所需Pd2?[9.6mg/mL]的PdCl?溶液的體積V4。1.2.3等體積溶液浸漬稱取1.0g40-60目的γ-Al?O?載體，移取體積為V?的PdCl?溶液和體為V減去V4的蒸餾水混合均勻(到達等量浸漬的目的),將該PdCl?溶液一次倒到已稱好的γ-Al?O?載體上，并不停攪拌，載體恰好被完全浸漬，放置0.5h。稱取1.0g40-60目的γ-Al?O3載體，移取體積為V4的PdCl?溶液和體積為V減去V4的蒸餾水混合均勻(到達等量浸漬的目的),然后用Na?CO?將該體恰好被完全浸漬，放置0.5h。1.2.4干燥，焙燒，還原將上述催化劑放入干燥箱80℃干燥2h,120℃干燥1h,然后置于馬弗爐中以10℃/min升溫至480℃后，再焙燒2h。2成果與討論2.1數(shù)據(jù)記錄與處理2.1.1記錄載體吸入溶液能力試驗消耗的體積，并求出平均值載體編號載體質(zhì)量(g)消耗體積吸入能力平均體積能力(mL/g)1232.1.2計算：制備0.5%Pd/γ-Al?O?催化劑(載體為1g)所需Pd*[9.6mg/mL]的PdCl?溶液的體積為0.52ml.故需加水0.12ml。2.2注意事項2.2.1在找載體吸附飽和度的過程中，水要一滴一滴加，以免加入量過多，使所加水量2.2.2在馬弗爐中焙燒后，取出催化劑時應先在馬沸爐中冷卻一段時間再取出，防止燙2.2.3對的計算出制備Pd/γ-Al?O?所需要的PdCl?溶液的體積。2.3結論3.1液體對固體的吸引力不小于液體自身的內(nèi)聚力時，因此液體在固體表面鋪展開。在3.2對制得的載體進行斷面觀測時發(fā)現(xiàn)調(diào)整pH的Pd重要分布在Al?O?的表層一定厚度的2.4思索題2.4.1什么是催化劑?2.4.2什么是催化作用?2.4.3催化劑有哪幾類?2.4.4催化劑的制備措施有哪些?答：(1)浸漬法(2)沉淀法(制氧化物或復合氧化物),用淀劑將可溶性的催化劑組分轉化為難溶或(3)瀝濾法，制備骨架金屬催化劑的措施，Raney鎳、銅、鈷、鐵等。(4)熱熔融法，指借高溫條件將催化劑的各個組分熔合成為均勻分布的混合體、氧化(5)電解法，例如用于甲醇氧化脫氫制甲醛的銀催化劑，一般用電解法制備。該法以(6)離子互換法，指用離子互換劑作載體，以反離子的形式引入活性組分，制備高分(7)其他措施2.4.5浸漬法有哪幾類?答：(1)過量溶液浸漬法是將載體泡入過量的浸漬溶液中，帶吸附平衡后濾去過剩溶(2)等體積浸漬法預先載體吸附溶液的能力，然后加入恰好使載體完全浸漬所需的(3)多次浸漬法該法是將浸漬，干燥，焙燒反復進行多次。采用這種措施有兩種狀(4)蒸氣浸漬法借助浸漬化合物的揮發(fā)性以蒸氣相的形式將它負載于載體上。2.4.6等體積浸漬法的注意事項有哪些?答：(1)在找載體吸附飽和度的過程中，水要一滴一滴加，以免加入量過多，使所加(2)在馬弗爐中焙燒后，取出催化劑時應先在馬沸爐中冷卻一段時間再取出，防止燙(3)對的計算出制備Pd/γ-Al?O?所需要的PdCl?溶液的體積。(4)等體積浸漬易導致組分不均勻，可以浸漬完后在旋轉蒸發(fā)器中干燥，或者將溶液2.4.7對催化劑載體的基本規(guī)定有哪些?答：(1)足夠的比表面積。(2)良好的機械強度。(3)足夠的耐高溫性。(4)較低的熱膨脹系數(shù)和熱容量。(5)良好的耐腐蝕性能，以抵御排氣成分和顆粒物上吸附的金屬氧化物等物質(zhì)的侵蝕，保證使用壽命。(6)不具有使催化劑中毒的物質(zhì)，即載體不含能與催化劑發(fā)生互相作用的成分，影響催化劑的催化作用。(7)合用于某種再生形式，如催化再生、燃油添加劑再生或電加熱再生等。(8)催化劑載體材料來源應豐2.4.8催化劑焙燒過程有什么作用?該過程與否必須?除去孔隙里邊包夾吸附的氣體和揮發(fā)性物質(zhì)，使Pd/γ-Al?O?催化劑顆粒致密化，改善【參照文獻】[1]張繼光，催化劑制備過程技術，中國石化出版社，[2]天津大學化工系催化專業(yè)教研室編，“催化劑生產(chǎn)”,1974[3]