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雷尼鎳的制備

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雷尼鎳的制備通常有合金和活化兩種方式。

1、合金

    商業上,生產雷尼鎳所需的鎳鋁合金是通過在熔爐中將具有催化活性的金屬(鎳,鐵或者)和鋁熔合,得到的熔體進行淬火冷卻,然后粉碎成為均勻的細顆粒。在合金組分的設計上,要考慮兩個因素。一是合金中鎳鋁的組成比例,隨著鎳鋁比例的變化,在淬火過程中會產生不同的鎳/鋁相,他們有著不同的浸出性能,這可能會導致最終產品有著截然不同的多孔結構。通常采用相等質量的鎳和鋁進行熔合。二是加入第三種金屬的比例。在淬火過程中,有時會加入少量的第三種金屬,如鋅,鉻。它們的加入改變了合金的組成和相圖,導致了不同的浸出性能,從而帶來了更高的催化活性,所以被稱為“促進劑” 。
    鎳-鋁相圖,標出了和浸出反應密切的NiAl3、Ni2Al3和NiAl相。

2、活化

    雷尼鎳的高催化活性來自于鎳本身的催化性質和其多孔的結構,而多孔結構即源自于用濃氫氧化鈉溶液除去鎳鋁合金中的鋁,這一過程被稱為浸出,簡化之后的浸出反應如下:
    2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
    由于浸出反應帶來了催化劑的活性,同時產生的氫氣儲存進了催化劑中,故也稱之為活化。成品的表面積通常通過氣體(如氫氣)的吸附實驗來測量。實驗發現幾乎所有的接觸面積都存在著鎳。商業化的雷尼鎳的平均鎳接觸面積是100  /g。主要有三個因素影響著浸出反應的結果,他們是合金的組成,所用氫氧化鈉的濃度和浸出反應的溫度。
    前面提到過,合金中含有多種鎳鋁相,在浸出過程中,NiAl3和Ni2Al3相之中所含的鋁首先被反應掉,而NiAl相中含有的鋁反應較慢,可以通過調整浸出時間保留,這就是為什么被稱為“選擇性浸出”。典型的活化雷尼鎳中鎳占85%的質量,這意味這有2/3的原子是鎳。剩余的NiAl相中的鋁可以幫助保持這種多孔的結構,為催化劑提供結構的穩定性和熱的穩定性。
    浸出反應所用的氫氧化鈉的濃度要比較高,一般需達5摩爾/升,這樣才能迅速將鋁轉化為溶于水的鋁酸鈉(Na[Al(OH)4]),而避免產生氫氧化鋁沉淀。一旦產生氫氧化鋁的沉淀,沉淀會堵塞已形成的孔洞,阻止其余的氫氧化鈉溶液進入合金的路徑,使得剩余的鋁較難反應掉。這樣會導致產品的多孔結構的表面積變小,催化活性降低。
    在浸出過程中逐步形成的多孔結構具有強烈的縮小其表面積的傾向,會發生結構重排,孔壁彼此結合,使得多孔結構被破壞。而溫度的升高會使得原子運動加快,加大了結構重排的趨勢,所以雷尼鎳的表面積和催化活性都隨浸出反應溫度的升高而下降,而如果浸出溫度很低,又會使得浸出反應速度過慢,故常用的浸出反應溫度介于70至100攝氏度。

雷尼鎳

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