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常用的工業(yè)催化劑的制備方法

2019/10/29 17:13:26??????點擊:


制造催化劑的每一種方法,實際上都是由一系列的操作單元組合而成.為了方便,人們把其中關(guān)鍵而具特色的操作單元的名稱定為制造方法的名稱.傳統(tǒng)的方法有機械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法(瀝濾法)、離子交換法等,近十年來發(fā)展的新方法有化學(xué)鍵合法、纖維化法等. 
1.機械混合法
將兩種以上的物質(zhì)加入混合設(shè)備內(nèi)混合.此法簡單易行,例如轉(zhuǎn)化-吸收型脫硫劑的制造,是將活性組分(如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅)與少量粘結(jié)劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續(xù)加入一個可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和傾斜度的轉(zhuǎn)盤中,同時噴入計量的水.粉料滾動混合粘結(jié),形成均勻直徑的球體,此球體再經(jīng)干燥、焙燒即為成品.乙苯脫氫制苯乙烯的Fe-Cr-K-O催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒制成的.利用此法時應(yīng)重視粉料的粒度和物理性質(zhì). 
2.沉淀法
此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑.在制造多組分催化劑時,適宜的沉淀條件對于保證產(chǎn)物組成的均勻性和制造優(yōu)質(zhì)催化劑非常重要.通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑(如碳酸鈉、氫氧化鈣),經(jīng)沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化),即得最終產(chǎn)品.如果在沉淀桶內(nèi)放入不溶物質(zhì)(如硅藻土),使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質(zhì)上沉淀,則稱為附著沉淀法.沉淀法需要高效的過濾洗滌設(shè)備,以節(jié)約水,避免漏料損失.
3.浸漬法
將具有高孔隙率的載體(如硅藻土、氧化鋁、活性炭等)浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中,保持一定的溫度,溶液進入載體的孔隙中.將載體瀝干,經(jīng)干燥、煅燒,載體內(nèi)表面上即附著一層所需的固態(tài)金屬氧化物或其鹽類(圖1).浸漬法可使催化活性組分高度分散,并均勻分布在載體表面上,在催化過程中得到充分利用.制備含貴金屬(如鉑、金、鋨、銥等)的催化劑常用此法,其金屬含量通常在 1%以下.制備價格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法,其所用載體多數(shù)已成型,故載體的形狀即催化劑的形狀.另有一種方法是將球狀載體裝入可調(diào)速的轉(zhuǎn)鼓(圖2)內(nèi),然后噴入含活性組分的溶液或漿料,使之浸入載體中,或涂覆于載體表面. 
4.噴霧蒸干法
用于制顆粒直徑為數(shù)十微米至數(shù)百微米的流化床用催化劑.如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造,先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧干燥器內(nèi),經(jīng)噴頭霧化后,水分在熱氣流作用下蒸干,物料形成微球催化劑,從噴霧干燥器底部連續(xù)引出. 
5.熱熔融法
熱熔融法是制備某些催化劑的特殊方法,適用于少數(shù)不得不經(jīng)過熔煉過程的催化劑,為的是借助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分布的混合物,配合必要的后續(xù)加工,可制得性能優(yōu)異的催化劑.這類催化劑常有高的強度、活性、熱穩(wěn)定性和很長的使用壽命.主要用于制造氨合成所用的鐵催化劑.將精選磁鐵礦與有關(guān)的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分,然后在反應(yīng)器中還原. 
6.浸溶法
從多組分體系中,用適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)藥劑(或水)抽去部分物質(zhì),制成具有多孔結(jié)構(gòu)的催化劑.例如骨架鎳催化劑的制造,將定量的鎳和鋁在電爐內(nèi)熔融,熔料冷卻后成為合金.將合金破碎成小顆粒,用氫氧化鈉水溶液浸泡,大部分鋁被溶出(生成偏鋁酸鈉),即形成多孔的高活性骨架鎳. 
7.離子交換法
某些晶體物質(zhì)(如合成沸石分子篩)的金屬陽離子(如Na)可與其他陽離子交換. 將其投入含有其他金屬(如稀土族元素和某些貴金屬)離子的溶液中,在控制的濃度、溫度、pH條件下,使其他金屬離子與 Na進行交換.由于離子交換反應(yīng)發(fā)生在交換劑表面,可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態(tài)分散在有限的交換基團上,從而得到充分利用.此法常用于制備裂化催化劑,如稀土-分子篩催化劑. 
8.發(fā)展中的新方法
①化學(xué)鍵合法.近十年來此法大量用于制造聚合催化劑.其目的是使均相催化劑固態(tài)化.能與過渡金屬絡(luò)合物化學(xué)鍵合的載體,表面有某些官能團(或經(jīng)化學(xué)處理后接上官能團),如-X、-CH2X、-OH基團.將這類載體與膦、胂或胺反應(yīng),使之膦化、胂化或胺化,然后利用表面上磷、砷或氮原子的孤電子對與過渡金屬絡(luò)合物中心金屬離子進行配位絡(luò)合,即可制得化學(xué)鍵合的固相催化劑,如丙烯本體液相聚合用的載體——齊格勒-納塔催化劑的制造.②纖維化法.用于含貴金屬的載體催化劑的制造.如將硼硅酸鹽拉制成玻璃纖維絲,用濃鹽酸溶液腐蝕,變成多孔玻璃纖維載體,再用氯鉑酸溶液浸漬,使其載以鉑組分.根據(jù)實用情況,將纖維催化劑壓制成各種形狀和所需的緊密程度,如用于汽車排氣氧化的催化劑,可壓緊在一個短的圓管內(nèi).如果不是氧化過程,也可用碳纖維.纖維催化劑的制造工藝較復(fù)雜,成本高.