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雷尼鎳的高催化活性


  雷尼鎳的高催化活性來(lái)自于鎳本身的催化性質(zhì)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(guò)程被稱(chēng)為浸出,簡(jiǎn)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(lái)了催化劑的活性,同時(shí)產(chǎn)生的氫氣儲存進(jìn)了催化劑中,故也稱(chēng)之為活化。成品的表面積通常通過(guò)氣體(如氫氣)的吸附實(shí)驗來(lái)測量。實(shí)驗發(fā)現幾乎所有的接觸面積都存在著(zhù)鎳。商業(yè)化的雷尼鎳的平均鎳接觸面積是100 m² /g。[8] 。主要有三個(gè)因素影響著(zhù)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(guò),合金中含有多種鎳鋁相,在浸出過(guò)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(guò)調整浸出時(shí)間保留,這就是為什么被稱(chēng)為“選擇性浸出”。典型的活化雷尼鎳中鎳占85%的質(zhì)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(chǎn)生氫氧化鋁沉淀。一旦產(chǎn)生氫氧化鋁的沉淀,沉淀會(huì )堵塞已形成的孔洞,阻止其余的氫氧化鈉溶液進(jìn)入合金的路徑,使得剩余的鋁較難反應掉。這樣會(huì )導致產(chǎn)品的多孔結構的表面積變小,催化活性降低。

  在浸出過(guò)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(huì )發(fā)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(huì )使得原子運動(dòng)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(huì )使得浸出反應速度過(guò)慢,故常用的浸出反應溫度介于70至100攝氏度。

 

 

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