迅凱催化贏領催化新科技,加速催升高效益

                    雷尼鎳加氫催化劑制備、性能以及應用

                    返回列表 來源: 發布日期: 2021.09.09

                        本期文章,我們給各位朋友分享下骨架鎳的生產、使用相關知識。


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                    迅凱催化RaneCAT-1000高活性硝基加氫催化劑


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                    雷尼鎳催化劑的起源

                            1897年法國化學家Paul Sabatier發現了鎳可以催化有機物氫化過程。隨后鎳被應用于很多有機物的氫化。20世紀20年代起美國工程師Murray Raney開始致力于尋找更好的氫化催化劑。1924年他采用鎳/硅比例為1:1的混合物,經過氫氧化鈉處理后,硅和氫氧化鈉反應掉,形成多孔結構。Raney發現這種催化劑對棉籽油氫化的催化活性是普通鎳的五倍。隨后他使用鎳/鋁為1:1的合金制造催化劑,發現得到的催化劑活性更高,并于1926年申請專利。直到今天,1:1的比例仍然是生產雷尼鎳所需的合金的首選比例。 直到今天,1:1的比例仍然是生產雷尼鎳所需的合金的首選比例。


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                    雷尼鎳催化劑的制備

                    合金制備

                            雷尼鎳的制備,是用鎳鋁合金與氫氧化鈉一起反應制得。這種方法,就是所謂的“活化”,把大部分的鋁溶解在合金以外。這種多孔的結構擁有很大面積,能給予較高的催化活性。一個典型的催化劑中鎳大約占85%(質量分數),相應的是每兩個原子鎳就有一個原子鋁與之構成催化劑。鋁有利于維護孔的結構,對催化劑整體有幫助。

                            合金的工業化制備方法是通過熔化活性金屬 (鎳催化劑是在這種情況下制得,但鐵、銅等“骨架型”催化劑也可以用相同的方法制備)和鋁在一個坩堝內淬火,由此產生熔體,然后把它粉碎成細粉。這粉末根據實際應用催化劑的需要而設定在一個特定的粒子尺寸范圍內。

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                            最初的合金構成是很重要的,因為淬火過程中會產生的不同階段的鎳、鋁合金,它們有不同的浸出性能。 這可能導致最終產品的孔隙度存在顯著不同。  常見的最初工業合金包含著同等質量百分比的鎳和鋁,順便提一句,這個質量百分比與默里.雷尼當時發現的Raney鎳是一樣的。

                             在淬火過程中,少量的第三金屬,例如鋅或鉻 ,可能會增加。這樣做是為了提高催化活性,因此這種方法,就是第三金屬所謂的“促進反應” 。請注意,第三金屬會改變合金及其所造成的相圖 ,從而導致活化過程中產生不同的淬火和浸出性能。

                             激活左右

                            多孔結構催化劑的性能,源自使用氫氧化鈉溶液選擇性脫除鋁的合金粒子。簡單的浸出反應表示為以下化學方程式 :

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                            形成鋁酸鈉溶液 要求使用高濃度的氫氧化鈉溶液,以避免形成的氫氧化鋁,產生沉淀物。因此氫氧化鈉的解決方案是使用濃度多達5mol的溶液。沉淀物可能會造成阻塞毛孔,在形成的期間浸出。并隨后與之損失,減少表面積。從而減少催化劑的效率和活性。殘余鋁對鎳有供電子作用,并有向催化劑表面擴散的傾向,鋁的優先氧化對鎳有保護作用。鋁氧化物雖然對比表面積和孔容積沒有貢獻,但過多除去會導致催化劑破碎,熱穩定性下降??梢姛o論是殘余鋁還是鋁氧化物的丟失都會引起活性中心的氧化或是破壞,從而使催化劑活性降低。

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                            溫度對催化劑的表面性能和浸出合金有著顯著的影響。 常用的溫度范圍在70至100℃時,隨著浸出溫度的增高,Raney鎳的表面積(包括一般骨架催化劑)呈下降趨勢。 這是由于合金類似于燒結那樣的結構重排,其中合金將開始堅持向對方在較高的溫度轉移導致多孔結構的損失。

                            在儲存之前,催化劑在常溫下應該用蒸餾水清洗,以消除任何剩余的雜質,如鋁酸鈉溶液。無氧水是首選的存儲溶劑,以防止催化劑被氧化,否則會加速其老化的過程,結果減少催化劑的活性。



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                    雷尼鎳催化劑的性能

                            Raney鎳宏觀看起來像精細分割的灰色粉末。在顯微鏡下,每個粒子下的粉末,看起來像一個三維網格 ,其中各種不規則形狀和大小孔絕大多數是在浸出過程中產生的。 Raney鎳是有著顯著的熱和結構穩定性,以及已經有一個較大的表面積。這些特性的直接結果是讓催化劑在活化過程中有助于產生一個相對較高的催化活性。

                            活化過程期間,大部分的鋁是以NiAl階段這一形式浸出,當然合金也有存在NiAl3和Ni2Al3等階段。鋁從這些階段中撤除出來,而不是其他階段,是由于被稱為“選擇性浸出”。它已經表明,該NiAl階段提供了催化劑的結構和熱穩定性。因此催化劑對分解是相當有抵抗性(“失活” ,俗稱“老化” )。這種阻力,使Raney鎳容易長期被儲存和重復使用;不過,實驗室使用通常首選新鮮制備?;谶@個原因,商業中Raney鎳的使用,通常有 “活躍”和“相對不活躍”兩種形式。以前,由于雷尼鎳催化劑在空氣中易自燃,使微觀測試很困難,許多工作僅限于積存氫與活性之間的研究,關于積存氫的量,存在狀態以及與催化活性的關系,提出各種觀點,一度認為積存氫是支配雷尼鎳催化劑活性的重要原因。

                            表面積的測量通常是使用一種氣體 ,這種氣體將優先吸附在金屬的表面,如氫氣 。使用這種類型的測量,它已經表明,幾乎所有暴露的面積都有一個原子鎳在催化劑的表面。因為,鎳是催化劑的活性金屬,一個大型的鎳表面就像是一大型水面,供反應同時發生,這是可以增加催化劑的活性。在商業上可用的每一克Raney鎳催化劑上就有一個大約面積為100平方米的鎳表面。

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                            較高的催化活性(由于結構的多孔性而產生的活性),再加上實際催化活化過程中氫容易被吸附,使得Raney鎳在許多加氫反應中成為一個有用的催化劑,當加氫反應完畢后表面的物質會擴散離去,催化劑能繼續使用。 催化劑的結構和熱穩定性(事實上,它在高溫下不分解),允許其在各種各樣的反應條件使用下。 另外, Raney鎳的溶解度在最常見的實驗室溶劑中是微不足道的 ,除礦物酸之外例如鹽酸 ,而其相對的高密度( 67g/cm3 ) ,也有利于它反應完成進行液相分離。


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                    雷尼鎳催化劑的應用

                            以迅凱催化劑型號應用的領域為例

                           活化后的催化劑產品主要應用于基本有機化工的催化加氫反應中,可用于有機物碳氫鍵的加氫,碳氮鍵的加氫,亞硝基化合物與硝基化合物。不飽和化合物如烯烴、炔烴、腈、二烯烴、芳香烴,含羰基的物質,偶氮與氧化偶氮化合物、亞胺、胺與連氮二芐的加氫。

                          除了作為催化劑加氫,還有脫氨、脫鹵、脫硫等化工領域的多功能催化劑在醫藥、染料、農藥、油脂、香料、合成纖維、石油化工等領域都有廣泛的應用。
                         微信圖片_20210909152244 RaneCAT-1000:硝基加氫如甲基苯胺、苯二胺、RT-培司、永固紫、氨基醚、還原物、對位酯、氨基苯酚、1,3環己二酮等

                        微信圖片_20210909152244 RaneCAT-1000B:含鹵硝基加氫如鄰氯苯胺、三氟甲基苯胺等

                        微信圖片_20210909152244 RaneCAT-1100:羰基加氫如山梨醇、木糖醇、麥芽糖醇等

                        微信圖片_20210909152244 RaneCAT-1100B:腈加氫如脂肪胺、特種胺等

                        微信圖片_20210909152244 RaneCAT-1200:二腈加氫如癸二胺,十二碳二胺、己二胺等

                        微信圖片_20210909152244 其他型號:酯基加氫、脫氫、特種胺、還原胺化等

                        微信圖片_20210909152244 特殊定制:根據反應物、溶劑、過濾方式可定制不同粒徑、特殊助劑的催化劑


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                    使用中的安全事項

                            由于其反應時產生大面積和高載量的氫氣,因此干燥,活化Raney鎳應在一個充滿惰性氣的環境下妥善處理。Raney鎳是典型的供應作為一個50%的水泥漿在水中 。Raney鎳的護理應采取措施并避免在暴露空氣中。即使反應后, Raney鎳包含大量的氫氣,將點燃時,當暴露在空氣中。 

                            Raney鎳燃燒時會產生有害煙霧,因此當使用時建議帶上一個防毒面具,滅火火災所造成的。此外,暴露在空氣中的Raney鎳可能會刺激呼吸管道 ,如果吸入,會導致鼻腔及肺成因肺纖維化損傷。攝取進體內可能會導致驚厥和腸道疾病。它也可以引起眼睛和皮膚刺激過敏。長期接觸可能會導致肺炎和其他的跡象, 如皮膚敏,類似皮膚疹一樣( 俗稱“鎳癢” )。


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                    雷尼鎳在空氣中自燃

                            鎳也被評為一個可能會令人類致癌或致畸型的物質 ,由國際癌癥研究機構歐盟評定 (IARC Group 2B, EU category 3 ),而吸入的三氧化二鋁顆粒是會引起破傷風疾病 。 護理時應采取處理所用的這些原料是在實驗室制備Raney鎳。 此外,活化的Raney鎳所產生大量的氫氣作為一個副產品,這亦是高度易燃的 。 


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                            隨著加氫技術的不斷發展,其催化劑技術也在不斷趨于完善。 隨后,Raney鎳的發展,還包括其他合金系列,其中最顯著的包括銅 ,釕和鈷 。 進一步研究表明,加入少量的第三金屬和二元合金將促進催化劑活性。 一些廣泛使用的推動者是鋅,鉬和鉻。


                            迅凱催化 RaneCAT型催化劑的優異的性能 得益于嚴格的原料控制、生產和活化控制。原料采用高純度電解鎳、電解鋁。在生產過程中對合金的晶相嚴格控制,嚴格控制合金粉的顆粒形狀、粒度分布等?;罨^程及結果嚴格控制,包括堿液濃度、鋁析出量、活化溫度、攪拌轉速、沉積曲線、PH等。


                        迅凱催化提供的服務:

                    微信圖片_20210909152244 催化劑評價服務

                    微信圖片_20210909152244   工藝條件探索和優化服務

                    微信圖片_20210909152244 操 作過程中出現的問題并優化或解決服務

                    微信圖片_20210909152244 催化劑中毒、失效分析服務

                    微信圖片_20210909152244   催化劑裝填、開車指導服務


                    迅凱催化(SUNCHEM) 成立于2005年,十六年來一直專注加氫、脫氫等催化劑的研發、生產和銷售,是中國化工催化劑行業科技創新的典范之一。公司有獨立的研發中心和完整的評價裝置。堅持以讓客戶獲得迅速成功為使命,承諾只輸出高品質的催化劑產品和服務,正努力成為中國化工高端催化劑的代表。
                    催化劑產品系列,包括:雷尼鎳系、負載鎳系、銅鋅系、銅硅系、貴金屬載體催化劑等粉末狀及固定床用催化劑產品,成功應用于化工生產過程的加氫、脫氫、還原胺化、脫硫等應用。




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