2021年综合化学实验报告浸渍法

2021年综合化学实验报告浸渍法2021年综合化学实验报告浸渍法PAGE/NUMPAGES2021年综合化学实验报告浸渍法综合化学实验报告试验名称浸渍法制备Pd/γ-Al2O3催化剂学院化学化工学院学生姓名张宇周超朱军洁专业化学学号296070296071296072年级指导老师王永钊浸渍法制备Pd/γ-Al2O3催化剂张宇周超朱军洁（山西大学化学化工学院,山西太原030006）摘要:浸渍法是将载体浸泡在含有活性组分（主,助催化剂组分）可溶性化合物溶液中,接触一定时间后除去过剩溶液,再经干燥,焙烧和活化,即可制得催化剂。本试验采取等体积浸渍法制备负载型Pd/γ-Al2O3催化剂。试验中首先测出γ-Al2O3饱和吸附量,进而计算出采取等体积浸渍法时所需含有活性组分Pb2+PbCl2溶液和水量,然后将载体γ-Al2O3浸泡在适量含有活性组分Pb2+PbCl2溶液与适量水混合液中,接触一定时间后,再经干燥,焙烧和活化,即可制得催化剂。关键字:等体积浸渍法催化剂　Pd/γ-Al2O30引言:固体催化剂制备方法很多,工业上使用固体催化剂制备方法有:沉淀法,浸渍法,机械混正当,离子交换法,熔融等[1]。因为制备方法不一样,尽管原料和用量完全一样,但所制得催化剂性能仍可能有很大差异。浸渍法是将载体浸泡在含有在活性组分（主,助催化剂组分）可溶性化合物溶液中,接触一定时间后除去过剩溶液,再经干燥,焙烧和活化,即可制得催化剂[2]。因为浸渍法比较经济,且催化剂形状、面积、孔隙率等关键取决于载体,轻易选择。等体积浸渍法是预先测定载体吸入溶液能力,然后加入恰好使载体完全浸渍所需溶液量,这种方法称为等体积浸渍法。应用这种方法能够省去过滤多出浸渍溶液步骤,而且便于控制催化剂中活性组分含量。所以,本试验采取等体积浸渍法[3][4]制备负载型Pd/γ-Al2O3催化剂。试验中首先测出γ-Al2O3饱和吸附量,进而计算出采取等体积浸渍法时所需含有活性组分Pb2+PbCl2溶液和水量,然后将载体γ-Al2O3浸泡在适量含有活性组分Pb2+PbCl2溶液与适量水混合液中,接触一定时间后,再经干燥,焙烧和活化,即可制得催化剂。1.载体选择和浸渍液配制[5]（1）载体选择浸渍催化剂物理性能很大程度上取决于载体物理性质,载体甚至还影响到催化剂化学活性。所以正确选择载体和对载体进行必需预处理,是采取浸渍法制备催化剂时首先要考虑问。载体种类繁多,作用各异,相关载体选择要从物理原因和化学原因两方面考虑。物理原因指是颗粒大小,表面积和孔结构。通常采取已成型好含有一定尺寸和外形载体进行浸渍,省去催化剂成型。化学原因指是载体可分为三种情况:（ⅰ）惰性载体,载体作用是使活性组份得到合适分布;（ⅱ）载体与活性组分有相互作用,它使活性组分有良好分散并趋于稳定,从而改变催化剂性能（ⅲ）载体含有催化作用,载体除有负载活性组分功效外,还与所负载活性组分一起发挥本身催化作用。（2）浸渍液配制进行浸渍时,通常并不是用活性组分本身制成溶液,而是用活性组分金属易容盐配成溶液,本试验采取PbCl2溶液。所用活性组分化合物应该是易溶于水,而且在焙烧时能分解成所需活性组分,或在还原后变成金属活性组分;同时还必需使无用组分,尤其是对催化剂有毒物质在热分解或还原过程中挥发出去。所以常见是硝酸盐,铵盐,有机盐。通常以去离子水为溶剂,但当载体易溶于水或活性组分不溶于水时,则可用醇或烃作为溶剂。2.活性组分在载体上分布与控制[6]浸渍时溶解在溶剂中含活性组分盐类（溶质）在载体表面分布,与载体对溶质和溶剂吸附性能有很大关系。Maatman等曾提出活性组分在孔内吸附动态平衡过程模型,如图1所表示。图中列举了可能出现四种情况,为了简化起见,用一个孔内分布情况来说明。浸渍时,假如活性组分在孔内吸附速率快于它在孔内扩散,则溶液在孔中向前渗透过程中,活性组分就被孔壁吸附,渗透至孔内部液体就完全不含活性组分,这时活性组分关键吸附在孔口近处孔壁上,见图1（a）。假如分离出过多浸渍液,并立刻快速干燥,则活性组分只负载在颗粒孔口与颗粒外表面,分布显然是不均匀。图1（b）是达成（a）状态后,立即分离出过多浸渍液,但不立刻进行干燥,而是静置一段时间,这时孔中仍充满液体,假如被吸附活性组分,能以合适速率进行解吸,则因为活性组分从孔壁上解吸下来,增大了孔中液体浓度,活性组分从浓度较大孔前端扩散到浓度较小末端液体中去,使末端孔壁上也能吸附上活性组分,这么活性组分经过脱附和扩散,而实现再分配,最终活性组分就均匀分布在孔内壁上。图1（c）是让过多浸渍液留在孔外,载体颗粒外面溶液中活性组分,经过扩散不停补充到孔中,直抵达成平衡为止,这时吸附量将更多,而且在孔内呈均一分布。图1（d）表明,当活性组分浓度低,假如在抵达均匀分布前,颗粒外面溶液中活性组分已耗尽,则活性组分分布仍可能是不均匀。图1活性组分在孔内吸附情况对于贵金属负载型催化剂,因为贵金属含量低,要在大表面积上得到均匀分布,常在浸渍液中除活性组分外,再加入适量第二组分,载体在吸附活性组分同时必吸附第二组分,新加入第二组分就称为竞争吸附剂,这种作用叫做竞争吸附。因为竞争吸附剂参与,载体表面一部分被竞争吸附剂所占据,另一部分吸附了活性组分,这就使少许活性组分不只是分布在颗粒外部,也能渗透到颗粒内部,竞争吸附剂加入适量,可使活性组分达成均匀分布。常使用竞争吸附剂有盐酸,硝酸,三氯乙酸,乙酸等。另外,并不是全部催化剂都要求孔内外均匀负载。粒状载体,活性组分在载体能够形成多种不一样分布。以球形催化剂为例,有均匀,蛋壳,蛋黄和蛋白型等四种,以下图所表示。在上述四种类型中,蛋白型及蛋黄型都属于埋藏型可视为一个类型,所以实际上看作只有三种类型。到底选择何种类型,关键取决于催化反应宏观动力学。当催化反应由外扩散控制时,应以蛋白型为宜,因为在这种情况下处于孔内部深处活性组分对反应已无效用,这对于节省活性组分量尤其是贵金属更有意义。当催化反应由动力学控制时,则以均匀型为好,因为这时催化剂内表面能够利用,而一定量活性组分分布在较大面积上,能够得到高分散度,增加了催化剂热稳定性。当介质中含有毒物,而载体又能吸附毒物时,这时催化剂外层载体起到了对毒物过滤作用,为了延长催化剂寿命,则应选择蛋白型,因为在这种情况下,活性组分处于外表层下呈埋藏型分布,既可降低活性组分中毒,又可降低因为磨损而引发活性组分剥落。3.多种浸渍法[7](1)过量溶液浸渍法(2)等体积浸渍法(3)数次浸渍法(4)蒸气浸渍法4.浸渍颗粒热处理过程(1)干燥过程中活性组分迁移用浸渍法制备催化剂时,毛细管中浸渍液所含溶质在干燥过程中会发生迁移,造成活性组分不均匀分布。这时因为在缓慢干燥过程中,热量从颗粒外部传输到内部,颗粒外部总是先到液体蒸发温度,所以孔口部分先蒸发使一部分溶质析出,因为毛细管上升现象,含有活性组分溶液不停地从毛细管内部上升到管口,并随溶剂蒸发不停地析出,活性组分就会向表层集中,留在孔内活性组分就会降低。所以,为了降低干燥过程中溶质迁移,常采取快速干燥法,使溶质快速析出。有时也可采取稀溶液数次浸渍法来改善。(2)负载型催化剂焙烧和活化[8]负载型催化剂中活性组分是以高度分散形式存在于高熔点载体上,对于这类催化剂在焙烧过程中活性组分表面积会发生改变,通常是因为金属晶粒大小改变造成活性表面积改变。在实际使用中,为了抑制活性组分烧结,能够加入耐高温作用稳定剂起间隔作用,以预防轻易烧结微晶相互接触,从而抑制烧结。易烧结物在烧结后平均结晶粒度与加入稳定剂量及晶粒大小相关。在金属负载型催化剂中,载体实际上也起着间隔作用。对于负载型催化剂,除了焙烧可影响金属粒径大小外,还原条件对金属分散度也有影响。为了得到高活性金属催化剂,期望在还原后得到高分散度金属微晶。按结晶学原理[9],在还原过程中增大晶核生成速率,有利于生成高分散度金属微晶;而提升还原速率,尤其是还原早期速率,能够增大晶核生成速率。(3)互溶与固相反应在热处理过程中活性组分和载体之间可能生成固体溶液或化合物,能够依据需要采取不一样操作条件,促进它们生成或避免它们生成。活性组分与载体之间发生固相反应也是有可能,与前述生成固溶体一样,当金属氧化物与作为分散剂耐高温氧化物发生固相反应后,而金属氧化物在最终还原阶段又能被还原成金属时,因为金属与载体形成最紧密混合,阻止了金属微晶烧结,使催化剂含有高活性和长寿命。假如活性金属氧化物与载体生成化合物不能被还原时,则化合物中这部分金属含量就无催化效能而被浪费。在催化剂制备热处理过程中,有意识利用互溶或固相反应,对催化剂进行调整,有可能改变或提升催化剂性能。1试验部分仪器与试剂1.1.1仪器移液管量筒蒸发皿马弗炉烘箱滴管洗耳球坩埚电子天平坩埚钳1.1.2试剂γ-Al2O3载体蒸馏水PdCl2[9.6mg/mL]1.2试验操作1.2.1载体吸入溶液试验称取三份1.0g左右40-60目γ-Al2O3载体,逐步滴加蒸馏水,恰好使载体吸附饱和,统计加入量V1、V2、V3,计算出载体平均饱和吸附量为V。1.2.2计算出制备0.5%Pd/γ-Al2O3催化剂（载体为1g）所需Pd2+[9.6mg/mL]PdCl2溶液体积V4。1.2.3等体积溶液浸渍称取1.0g40-60目γ-Al2O3载体,移取体积为v4PdCl2溶液和体为V减去v4蒸馏水混合均匀（达成等量浸渍目）,将该PdCl2溶液一次倒到已称好γ-Al2O3载体上,并不停搅拌,载体恰好被完全浸渍,放置0.5h。对比试验:称取1.0g40-60目γ-Al2O3载体,移取体积为v4PdCl2溶液和体积为V减去v4蒸馏水混合均匀（达成等量浸渍目）,然后用Na2CO3将该溶液pH调至5后,一次倒到已称好γ-Al2O3载体上,并不停搅拌,载体恰好被完全浸渍,放置0.5h。1.2.4干燥,焙烧,还原将上述催化剂放入干燥箱80℃干燥2h,120℃干燥1h,然后置于马弗炉中以10℃/min升温至480℃后,再焙烧2h。2结果与讨论2.1数据统计与处理2.1.1统计载体吸入溶液能力试验消耗体积,并求出平均值载体编号载体质量（g）消耗体积（mL）吸入能力（mL/g）平均体积（mL）平均吸入能力（mL/g）11.00500.700.69650.640.631921.02250.620.606431.02920.610.59272.1.2计算:制备0.5%Pd/γ-Al2O3催化剂（载体为1g）所需Pd2+[9.6mg/mL]PdCl2溶液体积为0.52ml.故需加水0.12ml。2.2注意事项2.2.1在找载体吸附饱和度过程中,水要一滴一滴加,以免加入量过多,使所加水量超出其吸附饱和度。2.2.2在马弗炉中焙烧后,取出催化剂时应先在马沸炉中冷却一段时间再取出,避免烫伤。2.2.3正确计算出制备Pd/γ-Al2O3所需要PdCl2溶液体积。2.3结论3.1液体对固体吸引力大于液体本身内聚力时,所以液体在固体表面铺展开。在一定时间内吸收总量取决于初始浓度、载体与溶液体积比以及浸渍方法。3.2对制得载体进行断面观察时发觉调整pHPd关键分布在Al2O3表层一定厚度部分,其分布形式为蛋壳型。而未调整pHPd均匀分布在Al2O3载体上,其分布形式为均匀型。以下图所表示:2.4思索题2.4.1什么是催化剂？答:在化学反应里能改变其她物质化学反应速率,而本身质量和化学性质在反应前后都没有发生改变物质叫做催化剂。催化剂在化学反应中所起作用叫催化作用,催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减。催化剂含有高度选择性,一个催化剂并非对全部化学反应都有催化作用,一些化学反应并非只有唯一催化剂。催化剂先与反应物中一个反应,然后二者生成物继续进行新化学反应重新生成原有催化剂,质量和化学性质在反应前后都没有发生改变。2.4.2什么是催化作用？答:因为催化剂介入而加速或减缓化学反应速率作用称为催化作用。在催化反应中,催化剂与反应物发生化学作用,降低了反应活化能,来提升反应速率。催化作用可分以下多个类型:①均相催化。②多相催化。③生物催化。④自动催化。其她还有电催化、光助催化、光电催化等。2.4.3催化剂有哪几类？答:催化剂种类很多,根据不一样标准有不一样种类,比如:按状态来分,催化剂能够分为液体催化剂和固体催化剂;按相态来分,催化剂能够分为均相催化剂和多相催化剂;按作用大小来分,催化剂能够分为主催化剂和助催化剂。2.4.4催化剂制备方法有哪些？答:（1）浸渍法（2）沉淀法（制氧化物或复合氧化物）,用淀剂将可溶性催化剂组分转化为难溶或不溶化合物,经分离、洗涤、干燥、煅烧、成型或还原等工序,制得成品催化剂。包含:单组分沉淀法、多组分共沉淀法、均匀沉淀法、超均匀沉淀法、浸渍沉淀法。（3）沥滤法,制备骨架金属催化剂方法,Raney 镍、铜、钴、铁等。（4）热熔融法,指借高温条件将催化剂各个组分熔合成为均匀分布混合体、氧化物固体溶液或合金固体溶液,以制取特殊性能催化剂。（5）电解法,比如用于甲醇氧化脱氢制甲醛银催化剂,通常见电解法制备。该法以纯银为阳极和阴极,硝酸银为电解液,在一定电流密度下电解,银粒在阴极析出,经洗涤、干燥和活化后即可使用（6）离子交换法,指用离子交换剂作载体,以反离子形式引入活性组分,制备高分散、大表面负载型金属或金属离子催化剂（7）其她方法2.4.5浸渍法有哪几类？答:(1)过量溶液浸渍法是将载体泡入过量浸渍溶液中,带吸附平衡后滤去过剩溶液,干燥,活化后便得催化剂成品。这种方法常见于已成型大颗粒载体浸渍,或用于多组分分段浸渍,浸渍时要注意选择合适液固比,通常是借助调整浸渍液浓度和体积控制吸附量。(2)等体积浸渍法预先载体吸附溶液能力,然后加入恰好使载体完全浸渍所需溶液量,这种方法称为等体积浸渍法。应用这种方法能够省去过滤多出浸渍溶液步骤,而且便于控制催化剂中活性组分含量。(3)数次浸渍法该法是将浸渍,干燥,焙烧反复进行数次。采取这种方法有两种情况:第一,浸渍化合物溶解度小,依次浸渍不能得到足够大吸附量,需要反复浸渍数次。第二,多组分溶液浸渍时,因为各组分吸附能力不一样,常使吸附能力强活性组分浓集于孔口,而吸附能力弱组分则分布在孔内,造成份布不均匀,改善方法之一就是数次浸渍,将各组分按次序前后浸渍。(4)蒸气浸渍法借助浸渍化合物挥发性以蒸气相形式将它负载于载体上。2.4.6等体积浸渍法注意事项有哪些？答:（1）在找载体吸附饱和度过程中,水要一滴一滴加,以免加入量过多,使所加水量超出其吸附饱和度。（2）在马弗炉中焙烧后,取出催化剂时应先在马沸炉中冷却一段时间再取出,避免烫伤。（3）正确计算出制备Pd/γ-Al2O3所需要PdCl2溶液体积。（4）等体积浸渍易造成组分不均匀,能够浸渍完后在旋转蒸发器中干燥,或者将溶液稍微过量然后再快速干燥。2.4.7对催化剂载体基础要求有哪些？答:（1）足够比表面积。（2）良好机械强度。（3）足够耐高温性。（4）较低热膨胀系数和热容量。（5）良好耐腐蚀性能,以抵御排气成份和颗粒物上吸附金属氧化物等物质侵蚀,确保使用寿命。（6）不含有使催化剂中毒物质,即载体不含能与催化剂发生相互作用成份,影响催化剂催化作用。（7）适适用于某种再生形式,如催化再生、燃油添加剂再生或电加热再生等。（8）催化剂载体起源应丰富、价格应廉价。2.4.8催化剂焙烧过程有什么作用？该过程是否必需？答:因为溶质迁移,造成孔口处浓度大,使孔口里边溶剂不易挥发出来,煅烧能够除去孔隙里边包夹吸附气体和挥发性物质,使Pd/γ-Al2O3催化剂颗粒致密化,改善性质,所以该过程必需进行。【参考文件】[1]张继光,催化剂制备过程技术,中国石化出版社,[2]天津大学化工系催化专业教研室编,“催化剂生产”,1974[3]许越,夏海涛,刘振琦.催化剂设计与制备工艺,化学工业出版社,[4]浸渍法制备Pd-MnOx/γ-Al2O3催化剂及不一样载体对地表O3降解影响[5]张继光.浸渍·载体,催化剂制备过程技术,,6(1):258[6]催化剂浸渍法原理.baidu文库,.11.21[7]王莹,张娟.负载型催化剂制备、表征及在水处理中应用[J].化学与装备,,(4)[8]杜志强.γ-Al2O3催化剂制备、表征及活性测定.综合化学试验,,1(6)64-68[9]黄仲涛编,工业催化,化学工业出版社,