催化剂的制备

催化剂的制备溶胶-凝胶法浸渍法沉淀法

基本概念胶体（colloid）是一种分散相粒径很小的分散体系，分散相粒子的重力可以忽略，粒子之间的相互作用主要是短程作用力。溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。

简单的讲，溶胶－凝胶法就是用含高活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。－溶胶与凝胶的结构比较这种特殊的网架结构赋予凝胶很高的比表面溶胶无固定形状固相粒子自由运动凝胶固定形状固相粒子按一定网架结构固定不能自由移动溶胶－凝胶法的工艺过程溶胶－凝胶法的优势起始原料是分子级的能制备较均匀的材料较高的纯度组成成分较好控制，尤其适合制备多组分材料可降低程序中的温度具有流变特性，可用于不同用途产品的制备可以控制孔隙度容易制备各种形状溶胶－凝胶法的缺陷原料成本较高存在残留小孔洞存在残留的碳较长的反应时间有机溶剂对人体有一定的危害性浸渍法浸渍法并不是直接用活性组分本身的溶液来与载体接触，而是使用这种活性组分的易溶于溶剂的盐类或其他化合物的溶液。这些盐类或化合物负载在载体表面上以后，加热分解得到所需要的活性组分。因此活性组分所用溶液应选用含活性组分，溶解度大，结构稳定，焙烧时可分解为稳定的化合物，通常为硝酸盐、乙酸盐、草酸盐或铵盐

用浸渍法制备催化剂，载体的孔结构基本上决定了制得催化剂的孔结构和比表面积大小。1.方法简介把载体泡入过量的含有活性组分的可溶性化合物溶液（浸渍液）中，待吸附平衡后过滤、干燥及焙烧后即成。负载量的控制：调节浸渍液浓度和体积如果负载量不太大的情况下，尽可能一次浸渍，负载量大的时候可以采取多次浸渍吸附遵循吸附等温线平衡量浓度吸附量2.载体的吸附

PH值溶液PH值=载体等电点时，载体不带电，不吸附溶液PH值<载体等电点时，载体带正电，吸附阴离子溶液PH值>载体等电点时，载体带负电，吸附阳离子例如：SiO2的等电点在PH=1~2,溶液的PH>2时，SiO2表面带负电，可吸附阳离子Al2O3的等电点在PH=7~9，溶液的PH一般也在这个附近，载体即可带正电也可带负电荷，所以既能吸附阳离子，也可吸附阴离子，但较弱MgO的等电点在PH=12.1~12.7，溶液的PH一般小于此，载体MgO带正电荷吸附阴离子丝光沸石的等电点在PH=8,溶液的PH>8时，丝光沸石表面带负电，可吸附阳离子浸渍法的优缺点优点：比较好的定量负载基本上负载量与投料比能吻合利用率高，用量少，成本低缺点：一般用于活性组分含量较低的负载负载组分多数情况下仅仅分布在载体表面上负载强度较差沉淀法适用于高、中负载量非贵重金属、金属氧化物、金属盐催化剂的制备负载量>10%~20%沉淀法的条件选择1.金属盐溶液的选择草酸盐、硝酸盐、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、醋酸盐、铵盐等2.沉淀剂的选择碱类：NaOH、KOH、NH4OH（氨水、氨气）尿素：(NH2)2CO铵盐：(NH4)2CO3,NH4HCO3,(NH4)2SO4,(NH4)2C2O4碳酸盐：Na2CO3，NaHCO3，K2CO3沉淀剂选择时应注意：沉淀剂的溶解度要大沉淀物溶解度要小沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染沉淀法的影响因素⑴加料顺序：影响沉淀物结构和颗粒分布⑵沉淀PH值PH的改变可使晶粒的大小与排列方式及结晶完全度不同，从而使成品催化剂的比表面和孔结构有很大差别沉淀法的影响因素⑶浓度的影响溶液浓度高（即过饱和度高），有利于晶核的形成321晶体大小析出速度或长大速度溶液过饱和度(S)曲线1：晶核生长速率与过饱和度的关系曲线2：晶核长大速率与过饱和度的关系曲线3：晶体大小与过饱和度的关系沉淀法的影响因素⑷温度的影响研究结果表明：低温时有利于晶核的生成，不利于晶核长大，得到细小颗粒沉淀。⑸搅拌速度沉淀时提高搅拌速度有利于晶核生成形成晶形沉淀的条件：①沉淀作用应在适当的稀溶液中进行，但也不宜太稀，以免增加沉淀物的溶解损失②沉淀剂应在不断搅拌下缓慢加入

避免发生局部过浓生成大量晶核并同时维持一定的过饱和度③沉淀应在热溶液中进行T↑过饱和度↓有利于晶体长大④老化微晶消失，粗晶长大，易形成晶体将沉淀负载到载体上时注意问题：A.对表面有羟基的载体，当羟基参与反应时载体表面的PH值>溶液中的PH值，则在表面上优先沉淀B.要快速混合，避免在本体溶液中快速成核及长大，否则溶胶太大不易进入孔中，只结合在载体外表面，导致孔道内没有活性组分，制得的催化剂活性低

沉积沉淀法方法介绍使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个十分均匀的体系，然后调节温度，使沉淀剂母体加热分解转化为沉淀剂，从而使金属离子产生均匀沉淀

均匀沉淀法原理：将催化剂组分溶液先借助缓冲液暂时分开，然后快速搅拌，使整个体系在瞬间形成均匀的过饱和溶液，经过一定诱导期，形成均匀沉淀。如图所示，将三种溶液按计算含量分层加至一带有搅拌的混合器，然后骤然开动搅拌器，使之瞬间形成过饱和溶液，隔一段静置诱导期后就形成超均匀凝胶。研究现状OğuzKarvan等人用湿法浸渍将CuO负载在SiO2上，使负载量大大提高，但原料成本高，合成步骤复杂。QingjieYu等人通过调节相应pH值使凝胶速度提高，减少了合成周期