非均相催化剂的制备方法“大揭秘”

非均相催化剂的制备方法“大揭秘”

高级氧化技术—非均相催化氧化技术是利用固体催化剂在常压下加速液相的氧化反应。催化剂以固态形式存在，易于与水分离，二次污染少，简化了处理流程。在各种非均相催化臭氧氧化中，涉及的催化剂主要为负载型金属氧化剂、金属氧化物、具有较大比表面积的多孔材料(如活性炭、沸石)等。在非均相催化氧化中，技术核心关键是获得高效、廉价、无害的催化剂，以保证去除要求。 

催化剂的制备方法有很多种，但众多方法的选择均以制备的难易程度、产物的均匀性、催化剂的稳定性和良好的重现性作为前提。

从大的方向来说主要分为化学方法和物理方法。

化学方法主要包括溶胶-凝胶法、溶剂热合成法、微乳法、沉淀法和水解法等；

物理方法主要包括混合法、浸渍法、气相凝聚法、测射法和机械研磨法等。

1.混合法

混合法是以粉状细粒子的形态，在球磨机或碾合机内，边磨细，边混合，使各个组分的粉子尽可能达到均分散，以保证催化剂主组分与助催化剂或载体的充分混合，从而获得肉眼所分辨不出的多组分催化剂混合物。常用的混合法有干混法和湿混法两种，具体选用哪种方法要视催化剂的性能和组分而定。 

(1)干混法

干混法的操作步骤最为简单，只要把制造催化剂的活性组分、助催化剂、载体黏结剂、润滑剂、造孔剂等放在混合器内进行机械混合，过筛后送往成型工序造型。经热处理后，再过筛、包装，即为成品。 

干混法采用先成型后热处理的制造工艺，因此活性组分或助催化剂以金属氧化物形态为宜。若采用易分解的金属盐类，则易造成催化剂碎裂。

(2)湿混法

湿混法的制造工艺要复杂一些，活性组分往往以沉淀盐类或氢氧化物形式，与干的助催化剂或载体相混合；黏结剂进行湿式碾合，然后造型，经干燥、焙烧、过筛、包装即为成品。 

用混合法制造催化剂时，原料的物化性质直接影响催化剂的性能，因此，原料的晶形、粒度和热处理温度等应在制造过程中适当考虑和控制。混合法制造催化剂时，混合的均匀与否将对催化剂的活性、热稳定性、抗毒能力起着非常重要的作用。

 

2.浸渍法

浸渍法是将固体成型或者粉末催化剂主体浸泡到主、助催化组分溶液中，并渗透到内表面；经干燥后，水分蒸发逸出，活性组分的盐类遗留在载体的内外表面上。这些金属或金属氧化物的盐类均匀地分散在载体的细孔中，经加热后，即得到高度分散的载体催化剂。因主组分、助催化剂及载体是在液相中混合，故该种方法制备的催化剂活性组分分布比较均匀。 

按照载体的形状，浸渍法又分为粒状载体浸清和粉未载体浸渍。 

(1)粒状载体浸渍

粒状载体浸渍通常是将载体做成一定的形状，然后进行浸渍，通常按以下步骤进行。 

1)抽空载体，排出载体空隙中的空气，使活性组分分布均匀。只要载体与溶液有足够的接触时间，这个步骤可以省略。 

2)浸渍溶液与载体接触，通常应用过量浸渍溶液，并加人适量的竞争吸附剂。 

3)除去载体粒子之间的溶液，通常用过滤法、倾析法及离心法。 

4)干燥，理想的干燥条件是孔防内部的水分向外移动的速度，应该和孔防物质表面水分向介质中蒸发的速度相适应，使孔隙物质表面含水率和当时所趋向的孔隙物质平衡含水率之间的差额逐渐缩小，这样可以避免表面不至于因干燥过快而发生皲裂。 

(2)粉末载体浸渍

粉未载体浸清法采用与粒状载体相类似的方法，但最终需要有成型步骤，以获得片状、条状及球状的最终成品。 

浸渍的方法对催化剂的性能有很大的影响。粒状载体浸渍法，催化剂的表面结构， 主要取决于载体颗粒的表面结构，如比表面积、孔径率、孔径大小空隙率等。粉状浸清法制造的催化剂，在浸渍工序后成型，要求载体粒子的结晶性能必须合适，因为晶形粒子与非晶形粒子，不仅与浸渍后催化剂的成型性能有关，而且大部分的微孔结构，已在载体结晶沉淀时定型了。 

3.其他制备方法

（1）、凝胶法

凝胶法是沉淀法制造催化剂的特例，这种特殊的催化剂制造方法，特别适用于主要组分是水合氧化物，尤其是含有二氧化硅或氧化铝的催化剂。采用凝胶法制造催化剂， 首先是原料盐溶液的制备，其次是进行中和沉淀、活化、缩水、成型、洗涤、干燥和焙烧。

（2）、溶剂热合成法

溶剂热合成法是在高温高压条件下，在水溶液中或者蒸汽等流体中合成氧化物，通过分离和热处理而得到催化剂的一种方法。该方法的原料易得，材料纯度较高，分散性较好，成本较低。 

（3）、微乳液法

在表面活性剂的作用下，利用两种互不相溶的溶剂形成均匀的乳液，剂量大的溶剂包裹着剂量小的溶剂，形成许多表面由表面活性剂组成的微泡，微泡中的成核，生长凝聚等过程局限在一个微小的球形液滴内，从而形成球形颗粒，避免了颗粒间的团聚。 

（4）、沉淀法

将含有一种或多种离子的可溶性溶液与沉淀剂混合，形成不溶性的化合物从溶液中析出，通过洗涤、活化和干燥得到所需要的材料。沉淀法主要包括直接沉淀法、共沉淀法、均匀沉淀法和配位沉淀法等。用沉淀法制造催化剂，首先要配制好金属盐溶液，接着用沉淀剂沉淀，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧、粉碎混合、成型。 

（5）、溶胶-凝胶法

溶胶凝胶法是指在液体介质中分散了1~100nm粒子的体系。凝胶是含有亚微米孔和聚合链的相互连接的坚实的网络。凝胶结构可分为:1有序的层状结构；2、完全无序的共价聚合网络；3、由无序控制，通过聚合形成的聚合物网络；4、粒子的无序结构。 

溶胶-凝胶技术是溶胶的凝胶化过程，具有合成温度低、对工艺条件要求低等特点。 在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面有着重要的作用，更被广泛应用于制备纳米粒子。