催化剂制备原理-成胶

1、 成胶法制备催化剂成胶法制备催化剂胶态沉淀n胶体的基本概念和性质胶体溶液1100nm之间悬浮系统（悬浮体，乳状液）：粒子在100200nm粗的多相系统 粒子1000nm胶体化学研究对象介质为水水溶胶 分散相与介质的亲疏关系，即亲和力大小，可以把胶体系统分为亲液溶胶和憎液溶胶（自动分散，含有大量溶剂，分散相和分散介质之间没有或有很弱的亲和力。Al(OH)3、Fe(OH)3） 催化剂载体如Al(OH)3、SiO2在制备过程中，均以凝胶方式从溶液中沉淀出来。凝胶是一种体积庞大、疏松、含水很多的无定形沉淀。脱水后可得多孔、大比表面的固体。 胶凝：析出凝胶沉淀，分子离子凝聚生成溶胶，溶液中胶体粒子结成凝

2、胶。n溶胶是高度分散的非均相体系，有巨大的界面能，在热力学上不稳定，胶体粒子有聚结成大颗粒的趋势，最后聚沉成沉淀或凝结成凝胶。胶体粒子变大的过程称为凝结。n催化剂生产中，大多数情况下，溶胶生成仅是生成凝胶的过程。对溶胶稳定性考虑不多。当需要稳定溶胶作原料时，如FCC催化剂生产采用硅溶胶，铝溶胶载体（粘结剂）溶胶的稳定性具有重要意义，溶胶越稳定，存放时间越长，对生产越有利。 溶胶凝胶溶胶凝胶法介绍法介绍 优点：优点：比较容易控制成核比较容易控制成核, 容易控制颗粒的化学组成、容易控制颗粒的化学组成、形状及大小形状及大小, 添加的微量成分和组成较均匀。添加的微量成分和组成较均匀。缺点：缺点：极易引

3、入杂质极易引入杂质(如部分阴离子等如部分阴离子等) , 造成所得粉造成所得粉体纯度不够。体纯度不够。液相法是在液相中合成陶瓷材料，又称湿化学液相法是在液相中合成陶瓷材料，又称湿化学法、溶液法等。法、溶液法等。溶胶溶胶-凝胶法凝胶法 沉沉 淀淀 法法 水水 解解 法法 喷喷 雾雾 法法 水水 热热 法法 液液 相相 法法 1.溶胶溶胶凝胶法凝胶法(sol-gel) 溶胶溶胶凝胶法是凝胶法是60年代发展起来的一种制备年代发展起来的一种制备玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺。玻璃、陶瓷等无机材料的新工艺。其基本原理是：其基本原理是：将金属醇盐或无机盐经水解直接形成溶胶，然后将金属醇盐或无机盐经水解直接形成

4、溶胶，然后使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有使溶质聚合凝胶化，再将凝胶干燥、焙烧去除有机成分，最后得到无机材料。机成分，最后得到无机材料。纳米颗粒纳米颗粒醇盐醇盐有机溶液有机溶液溶胶溶胶凝胶凝胶蒸馏水蒸馏水水解水解缩合缩合蒸发蒸发高温煅烧高温煅烧n将一种或几种盐均匀分散在一种溶剂中，使它们成将一种或几种盐均匀分散在一种溶剂中，使它们成为透明状的胶体，即成为透明状的胶体，即成溶胶溶胶(sol)。 n 将溶胶在一定条件下（温度、酸碱度等）进行老化将溶胶在一定条件下（温度、酸碱度等）进行老化处理，得到透明状的冻状物即称处理，得到透明状的冻状物即称凝胶凝胶(gel)。溶胶溶胶-凝胶法可精确控制

5、各组分的含量，使不同凝胶法可精确控制各组分的含量，使不同组分之间实现分子组分之间实现分子/原子水平上的均匀混合，而且原子水平上的均匀混合，而且整个过程简单，工艺条件容易控制。整个过程简单，工艺条件容易控制。溶胶、凝胶和沉淀物的区分溶胶、凝胶和沉淀物的区分溶胶（溶胶（Sol）是由孤立）是由孤立的细小粒子或大分子的细小粒子或大分子组成，分散在溶液中组成，分散在溶液中的胶体体系。的胶体体系。凝胶（凝胶（Gel）是一种由）是一种由细小粒子聚集而成三细小粒子聚集而成三维网状结构的具有固维网状结构的具有固态特征的胶态体系。态特征的胶态体系。 (1)溶胶的制备溶胶的制备 有两种方法制备溶胶有两种方法制备溶胶

6、n 分散法分散法n 凝聚法凝聚法（用物理或化学方法是分子或离子聚集）n 催化剂生产中应用最多的是化学凝聚法催化剂生产中应用最多的是化学凝聚法催化剂生产中的化学凝聚法五种方法： （1）还原法：用于生产各种溶胶 HAuCl4+H2O2=Au+HCl+3O2 Au3+学宁（还原剂）Au溶液（加热，并加入少量碳酸钾） （2）氧化法）氧化法 H2S+O2=2S(溶胶)+H2O （3）水解法 FeCl3+H2OFe(OH)3（溶胶）+HCl （煮沸）（4）复分解法 AgNO3+KI=AgI（溶胶）+K2CO3 （AgNO3稍过量）（5）置换反应 Al+HCl+H2O=Al(OH)3+HCl+H2+n由凝聚

7、法直接生成的胶粒称为一次粒子，一次粒子聚集生成二次粒子，二次粒子的大小对催化剂或载体比表面积、孔结构影响很大。n裂化催化剂：用硅溶胶、铝溶胶做基质（载体）的原料，溶胶的稳定性十分重要，只有当溶液中存在着可被胶粒吸附而生成带电胶粒的电解质溶胶才稳定，电解质成为稳定剂。 AgNO3+KIAgI+KNO3n构成胶粒物质的分子或原子的聚集体称为胶核，通常具有晶体结构，其表面表面能很大，易于在表面吸附某种离子形成双电层，带双电的校核称为胶团 (AgI)m nAg+,(n-x)NO3-x+ xNO3- KNO3不能进入AgI晶格，不能使AgI溶胶稳定。 AgNO3过量，AgI表面吸附Ag+离子，得到AgI

8、的正溶胶。 KI过量，AgI表面吸附I离子，得到AgI的负溶胶。 m为胶核中的分子数，很大；n为吸附离子数，n较m小得多。（n-x）为紧密层的反离子数；x为分散层中反离子数。 溶胶中含大量的水，凝胶化过程中，使体系失溶胶中含大量的水，凝胶化过程中，使体系失去流动性，形成一种开放的骨架结构。去流动性，形成一种开放的骨架结构。 一是化学法，一是化学法，通过控制溶胶中的电解质浓度；通过控制溶胶中的电解质浓度； 二是物理法，二是物理法，迫使胶粒间相互靠近，克服斥力，迫使胶粒间相互靠近，克服斥力， 实现胶凝化。实现胶凝化。 (2)溶胶溶胶凝胶转化凝胶转化 由醇盐法制备氧化物凝胶骨架示意图由醇盐法制备氧化

9、物凝胶骨架示意图 (3)凝胶干燥凝胶干燥 一定条件下一定条件下(如加热如加热)使溶剂蒸发，使溶剂蒸发，得到粉料干燥过程中凝胶结构变化很得到粉料干燥过程中凝胶结构变化很大。通常是以金属有机醇盐为原料，通大。通常是以金属有机醇盐为原料，通过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一过水解与缩聚反应而制得溶胶，并进一步缩聚而得到凝胶。步缩聚而得到凝胶。经加热去除有机溶液得到金属氧化物超微粒子经加热去除有机溶液得到金属氧化物超微粒子金属醇盐的水解和缩聚反应可分别表示为：金属醇盐的水解和缩聚反应可分别表示为： ( (i)i)化学均匀性好。化学均匀性好。由于溶胶由于溶胶凝胶过程凝胶过程中，溶胶由溶液制得，故胶粒内及胶粒中，溶胶由溶液制得，故胶粒内及胶粒间化学成分完全一致。间化学成分完全一致。（）高纯度：）高纯度：粉料粉料( (特别是多组份粉料特别是多组份粉料) )制备过程中无需机械混合。制备过程中无需机械混合。 ( () )颗粒细：颗粒细：胶粒尺寸小于胶粒尺寸小于0.10.1mm。 溶胶溶胶凝胶法的优缺点凝胶法的优缺点（ ）该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分。该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分。不溶不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液，经胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中。经胶凝化，不溶性组分可自然地固定