催化导论讲义-zlh12.ppt

催化导论
催化科学与工程系
第三章催化剂制备
§ 无载体催化剂和载体生产
的传统方法与工艺
二、水热法

在特制的密闭反应容器中,以水作为介质,通过对反应体系加热,在反应体系中产生一个高温高压的环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶,再经过分离和热处理得到产物的一种方法。
许多化合物表现出与常温不同的性质如溶解度增大、离子活度增强、化合物晶体结构易转型等。
二、水热法

1)原料廉价易得,由于采用中低温液相控制,能耗相对较低;
2)可通过调节溶液的组成、浓度、pH、反应T和P等因素有效地控制反应和晶体生长;
3)反应在密闭的容器中进行,可控制反应气氛,因此有利于进行对人体健康有害的有毒反应;
4)合成粉体的粒子纯度高,粒径小且分布均匀,晶形容易控制。
水热合成体系示意图
密封结构
压力,温度
无机分子物种(反应物)
合成添加剂
溶剂
釜体
晶核、产物
二、水热法

温度
研究对象和目的:
水热晶体生长
水热合成
水热反应
水热处理
水热烧结等
超临界反应~1000℃,~30MPa
亚临界反应 100~240℃, 适于实验室操作
溶剂
Tc/oC
Pc/MPa
溶剂
Tc/oC
Pc/MPa
CO2


2-丙醇


H2O


苯


甲醇


氨


乙醇


乙烷


1-丙醇


丙烷


表不同溶剂的临界温度T和临界压力P
二、水热法

①水热条件下的特性
水热介质——水的特性是指在水热条件下水的粘度、介电常数和膨胀系数的变化
水可以作为一种化学组分起作用并参加反应,既是溶剂又是矿化剂同时还可作为压力传递介质。
二、水热法
η水热溶液<η低温常压溶液
约低2个数量
∵扩散∝η溶液
∴水热有利于扩散,晶体生长,减少出现组分过冷和枝晶生长的可能性
二、水热法

①水热条件下的特性
介电常数ε电介质不能有效分解,但仍具有较高的导电性
二、水热法

①水热条件下的特性
热扩散系数α具有更大的对流驱动力
二、水热法

②水热反应动力学和形成机理
经典的晶体生长理论:
①营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液(溶解阶段);
②由于体系中存在十分有效的热对流以及溶解区和生长区之间的浓度差,这些离子、分子或离子团被输运到生长区(输运阶段);
③离子、分子或离子团在生长界面上的吸附、分解与脱附;
④吸附物质在界面上的运动;
⑤结晶(③、④、⑤统称为结晶阶段)