[小学教育]雷尼镍催化剂.ppt

雷尼镍催化剂概述
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雷尼镍又译兰尼镍,是一种由带有多孔结构的镍铝合金的细小晶粒组成的固态异相催化剂,它最早由美国工程师莫里·雷尼在植物油的氢化过程中,作为催化剂而使用。其制备过程是把镍铝合金用浓氢氧化钠溶液处理,在这一过程中,大部分的铝会和氢氧化钠反应而溶解掉,留下了很多大小不一的微孔。
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这样雷尼镍表面上是细小的灰色粉末,但从微观角度上,粉末中的每个微小颗粒都是一个立体多孔结构,这种多孔结构使得它的表面积大大增加,极大的表面积带来的是很高的催化活性,这就使得雷尼镍作为一种异相催化剂被广泛用于有机合成和工业生产的氢化反应中。
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由于“雷尼”是格雷斯化学品公司的注册商标,所以严格地说,仅有这个公司的戴维森化学部门生产的产品才能称作“兰尼镍”。而“金属骨架催化剂”或者“海绵-金属催化剂”被用于称呼具有微孔结构,而物理和化学性质类似于雷尼镍的催化剂。
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商业上,生产兰尼镍所需的镍铝合金是通过在熔炉中将具有催化活性的金属(镍,铁或者铜)和铝熔合,得到的熔体进行淬火冷却,然后粉碎成为均匀的细颗粒。在合金组分的设计上,要考虑两个因素。
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一是合金中镍铝的组成比例,随着镍铝比例的变化,在淬火过程中会产生不同的镍/铝相,他们有着不同的浸出性能,这可能会导致最终产品有着截然不同的多孔结构。
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通常采用相等质量的镍和铝进行熔合。
二是加入第三种金属的比例。在淬火过程中,有时会加入少量的第三种金属,如锌,铬。它们的加入改变了合金的组成和相图,导致了不同的浸出性能,从而带来了更高的催化活性,所以被称为“促进剂”。
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兰尼镍的高催化活性来自于镍本身的催化性质和其多孔的结构,而多孔结构即源自于用浓氢氧化钠溶液除去镍铝合金中的铝,这一过程被称为浸出,简化之后的浸出反应如下:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
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由于浸出反应带来了催化剂的活性,同时产生的氢气储存进了催化剂中,故也称之为活化。成品的表面积通常通过气体(如氢气)的吸附实验来测量。实验发现几乎所有的接触面积都存在着镍。商业化的兰尼镍的平均镍接触面积是100 m2;/g。主要有三个因素影响着浸出反应的结果,他们是合金的组成,所用氢氧化钠的浓度和浸出反应的温度。
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前面提到过,合金中含有多种镍铝相,在浸出过程中,NiAl3和Ni2Al3相之中所含的铝首先被反应掉,而NiAl相中含有的铝反应较慢,可以通过调整浸出时间保留,这就是为什么被称为“选择性浸出”。典型的活化兰尼镍中镍占85%的质量,这意味这有2/3的原子是镍。剩余的NiAl相中的铝可以帮助保持这种多孔的结构,为催化剂提供结构的稳定性和热的稳定性。
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