雷尼镍催化剂的制备
雷尼镍催化剂的制法
骨架镍催化剂的制法
骨架镍催化剂(Raney nickel,拉尼镍)是利用粉碎了的镍一硅合金或镍一铝合金与苛性钠水溶液反应而制得。用这种方法制得的催化剂具有晶体骨架结构,其内外表面吸附有大量氢气,具有很高的催化活性。在放置过程中,催化剂会慢慢失去氢,在空气中活性下降得特别快。因此只有在密闭良好的容器中,将骨架镍催化剂放在醇或其它惰性溶剂的液面以下,隔绝空气才会保持其活性。
拉尼镍是一种应用范围广泛的催化剂,差不多对所有能进行氢化和氢解的官能团都起作用。对烯烃或芳环的氢化相当有效,能顺利地氢解碳--硫键(脱硫作用);但对酰胺、酯的氢解效果不佳。它的主要特点是在中性或碱性溶液中,能发挥很好的催化作用,尤其是在碱性条件下,催化作用更好。因此在氢化时常加入少量的碱性物质,例如三乙胺、氢氧化钠和氢氧化锂等,均能明显提高活性(硝基化合物除外)。如还原羰基化合物时,加入少量的碱,吸氢速度可以增加3~4倍。与其它贵金属催化剂例如氧化铂、钯/炭等相比,其氢化温度和压力较高,但价格要便宜的多。而且来源方便,制备简便。
卤素(尤其是碘),含磷、硫、砷或铋的化合物及含硅、锗、锡或铅的有机金属化合物在不同程度上可使拉尼镍中毒。在压力下,有水蒸气存在时,拉尼镍会很快失活,使用时应予注意。
拉尼镍活性降低的主要原因是①失去氢;②催化剂表面层组成改变,⑧由于生成结晶而使催化剂表面积减少,④中毒。
镍一硅合金由于较硬,粉碎和溶解都较难,所以使用不普遍。通常,镍一铝合金是制备各种类型拉尼镍的基本原料。含镍一般在30~50%之间,其余为铝。使用上述组成的镍一铝合金,均能制得具有一定活性的拉尼镍,可根据需要加以选择。最常用的镍—铝合金是镍铝各占50﹪的微细颗粒体。其制备过程如下。在氧化铝或石棉坩埚内,按比例先把纯铝放入坩埚,在电炉上熔融。待温度达到 1000℃左右时,加入纯镍粉。这时由于有熔化热产生,使温度升到 1200~1300℃。用石墨棒不断搅动,保温 20~30分钟。然后倒入大容器中,缓缓冷却以保证合金具有规则的晶格结构。若冷的太快、
雷尼镍催化剂产品生产工艺
雷尼镍催化剂产品生产工艺及技术发展
第一节质量指标情况
物理化学特性:
雷尼镍催化剂活化前为银灰色无定型粉末(镍铝合金粉),具有中等程度的可燃性,有水存在的情况下部分活化并产生氢气易结块,长久暴露于空气中易风化。镍铝合金粉活化后为灰黑色颗粒,附有活泼氢,极不稳定,在空气中氧化燃烧,须浸在水或乙醇中保存。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。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。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“雷尼镍”,国内除雷尼镍外,还可以称为骨架镍、海绵镍催化剂。而“骨架金属催化剂”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,如雷尼铜、雷尼钴、雷尼铁。
用途:
本产品主要应用于基本有机化工的催化加氢反应中。可用于有机物碳碳键的加氢,碳氮键的加氢,亚硝基化合物与硝基化合物的加氢;偶氮与氧化偶氮化合物、亚胺、胺与连氮二苄的加氢,还可以用于脱氢反应等。最典型的应用是葡萄糖加氢、脂肪腈类的加氢。在医药、染料、油脂、香料、合成纤维等领域有广泛的应用。
雷尼镍催化剂
雷尼镍催化剂
雷尼镍催化剂(Raney Nickel Catalyst)是一种常用的催化剂,由美国化学家Murray Raney于1926年发明。它由细小的镍颗粒形成的多孔金属块组成,通常用于加氢反应、脱氢反应、加氧反应、加氨基反应等各种有机合成反应中。
雷尼镍催化剂的制备过程涉及将粗镍与一定比例的铝或铜混合,并用强碱性溶液(如氢氧化钠)溶解铝或铜。随着反应的进行,铝或铜被溶解,留下孔隙的镍颗粒。
雷尼镍催化剂具有高效、选择性好、使用寿命长等优点,因此在化学、制药、石油等行业广泛应用。需要注意的是,雷尼镍催化剂有毒性,使用时应注意安全。
雷尼镍催化剂的优点:
高效性:雷尼镍催化剂在很多加氢、脱氢、加氧、加氨基等有机合成反应中表现出良好的催化效果,反应速率快,反应条件温和,反应产率高。
选择性好:雷尼镍催化剂通常是高选择性的,可以将底物转化为所需的产物,而不产生副产物。
使用寿命长:在适当的条件下,雷尼镍催化剂可以重复使用多次,具有很长的使用寿命。
雷尼镍 Raney Ni
雷尼镍Raney Ni
雷尼镍(英语:Raney Nickel)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(Murray Raney)在植物油的氢化过程中,作为催化剂而使用。[1]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。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。由于“雷尼”是格雷斯化学品公司(W. R. Grace and Company)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(Grace Davison division)生产的产品才能称作“兰尼镍”。而“金属骨架催化剂”[2]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。
历史
1897年法国化学家保罗·萨巴捷发现了痕量的镍可以催化有机物氢化过程。
[3]随后镍被应用于很多有机物的氢化。1920年代起美国工程师莫里·雷尼开始致力于寻找更好的氢化催化剂。1924年他采用镍/硅比例为1:1的混合物,经过氢氧化钠处理后,硅和氢氧化钠反应掉,形成多孔结构。雷尼发现这种催化剂对棉籽油氢化的催化活性是普通镍的五倍。[4]随后雷尼使用镍/铝为1:1的合金来制造催化剂,发现得到的催化剂活性更高,并于1926年申请专利。[5]直到今天,1:1的比例仍然是生产雷尼镍所需的合金的首选比例。
雷尼镍催化剂工艺
雷尼镍催化剂产品生产工艺及技术趋势
第一节质量指标情况
物理化学特性:
雷尼镍催化剂活化前为银灰色无定型粉末(镍铝合金粉),具有中等程度的可燃性,有水存在的情况下部分活化并产生氢气易结块,长久暴露于空气中易风化。镍铝合金粉活化后为灰黑色颗粒,附有活泼氢,极不稳定,在空气中氧化燃烧,须浸在水或乙醇中保存。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。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。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。
用途:
本产品主要应用于基本有机化工的催化加氢反应中。可用于有机物碳氢键的加氢,碳氮键的加氢,亚硝基化合物与硝基化合物的加氢;偶氮与氧化偶氮化合物、亚胺、胺与连氮二苄的加氢,还可以用于脱水反应、成环反应、缩合反应等。最典型的应用是葡萄糖加氢、脂肪腈类的加氢。在医药、染料、油脂、香料、合成纤维等领域有广泛的应用。
例如:葡萄糖加氢生产山梨醇用于合成维生素C、树脂表面活性剂等。苯酚催化加氢生产已二醇用于制备已二胺、油漆、涂料。已二腈加氢生产已二胺是聚酰胺纤维的重要单体。呋喃催化加氢生产四氢呋喃是良好的溶剂。脂肪酸氨化后加氢生产脂肪伯胺广泛应用在有机化工生产中。苯胺加氢制备环已胺用于合成脱硫剂、腐蚀抑制剂、硫化促进剂、乳化剂、抗静剂、杀菌剂等。
雷尼镍催化剂的制备
雷尼镍催化剂的制备
雷尼镍催化剂是一种十分重要的骨架镍催化剂,其发现和发展最早可以追述到1925年。现在由于其具有的高活性、高选择性以及生产使用成本低的优点,已被广泛应用于有机还原反应,如烯烃芳香环、醛、酮、硝基、腈基等的催化加氢及脱卤反应。本文将主要介绍W-6型拉尼镍催化剂的主要制备方法。
1.W-6型拉尼镍催化剂的制备原理
雷尼镍催化剂最先由Murray Raney(1885-1966)发现,并于1925年申请专利。制备时,先用NaOH溶液溶去镍铝合金中的Al,然后洗涤,残余物为类似海绵状的微粒,大小为25~150A0。催化剂主要含Ni,Al(1~8%),少量NiO 和AL2O3水合物(1~20%),总表面积为50~130m2/g。
Raney-Ni催化剂一般由合金制备,分为两步,即展开和洗涤。展开是指用碱(特别是NaOH)溶出合金中无催化活性的部分(铝),这一步称为展开操作,反应式如下:
2NaOH+2 Al+2H2O→2NaAlO2+3H2
研究表明合金粒度和温度对展开速度有较大的影响,温度越高,展开速度越快;粒度的增大,溶解速度则减小R.Choudary等人通过实验,得出一个展开模型:log(x/1-x)= αlog(tβ),其中α为常数,β为速率参数(单位为1m/s), t为展开时间,展开活化能为56.6Kj/mol。
洗涤展开后的Raney-Ni是类似海绵状的微粒,可用蒸馏水洗涤至中性,最后用乙醇洗涤。由于Raney-Ni是一种易燃的催化剂,故应保存在适当的溶剂中。2.W-6型拉尼镍催化剂的制备方法:固相分离浸取法
雷尼镍催化剂使用方法和注意事项
雷尼镍催化剂使用方法和注意事项
雷尼镍催化剂使用方法和注意事项
⒈催化剂介绍
雷尼镍催化剂是一种高效的催化剂,常用于有机合成和化学催化反应中。它具有较高的活性和选择性,可以加速反应速度并提高产物的纯度。
⒉催化剂的制备
在实验室中,雷尼镍催化剂可以通过将氯化镍和还原剂一起混合制备而成。制备过程中需要注意安全,避免接触有害物质和操作不当造成伤害。
⒊催化剂的储存
雷尼镍催化剂应储存在干燥、阴凉的地方,避免阳光直射和高温环境。催化剂应放置在密封的容器中,并远离可燃物和易燃品。
⒋催化剂的激活
在使用雷尼镍催化剂之前,需要对其进行激活处理。激活方法可以采用还原剂处理或暴露于氢气中。激活过程中需要严格控制反应条件,确保反应的顺利进行。
⒌催化剂的使用条件
在使用雷尼镍催化剂进行催化反应时,需要注意以下几点:
- 反应温度:根据具体反应要求选择合适的温度。
- 反应时间:根据反应的速率和产物收率确定反应时间。
- 温度控制:确保反应过程中温度的稳定性,避免产物质量受到影响。
- 催化剂的用量:根据反应的底物种类和反应条件确定合理的催化剂用量。
⒍注意事项
- 催化剂使用过程中应注意个人防护措施,佩戴适当的防护手套、眼镜和口罩。
- 如发生意外事故或误食催化剂,请及时就医并告知医生所使用的催化剂信息。
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雷尼镍催化剂产品生产工艺
雷尼镍催化剂产品生产工艺及技术发展
第一节质量指标情况
物理化学特性:
雷尼镍催化剂活化前为银灰色无定型粉末(镍铝合金粉),具有中等程度的可燃性,有水存在的情况下部分活化并产生氢气易结块,长久暴露于空气中易风化。镍铝合金粉活化后为灰黑色颗粒,附有活泼氢,极不稳定,在空气中氧化燃烧,须浸在水或乙醇中保存。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。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。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“雷尼镍”,国内除雷尼镍外,还可以称为骨架镍、海绵镍催化剂。而“骨架金属催化剂”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,如雷尼铜、雷尼钴、雷尼铁。
用途:
本产品主要应用于基本有机化工的催化加氢反应中。可用于有机物碳碳键的加氢,碳氮键的加氢,亚硝基化合物与硝基化合物的加氢;偶氮与氧化偶氮化合物、亚胺、胺与连氮二苄的加氢,还可以用于脱氢反应等。最典型的应用是葡萄糖加氢、脂肪腈类的加氢。在医药、染料、油脂、香料、合成纤维等领域有广泛的应用。
雷尼镍催化剂使用方法和注意事项
雷尼镍催化剂使用方法和注意事项
雷尼镍催化剂是一种常用的催化剂,广泛应用于有机合成和医
药化学领域。在使用雷尼镍催化剂时,我们需遵循一些方法和注意
事项,以确保催化反应的有效性和安全性。本文将介绍雷尼镍催化
剂的使用方法和需要注意的事项。
一、催化剂的制备
在使用雷尼镍催化剂之前,我们需要制备催化剂。雷尼镍是一
种稳定的粉末状物质,在制备催化剂时,我们通常将其与某种基质(如活性炭或硅胶)混合,并通过退火等方法将其固定在基质上。
制备完成后,催化剂可以储存在干燥的密封容器中,以保持其活性。
二、催化反应条件的选择
在进行催化反应时,我们需要选择适当的催化反应条件,以确
保催化剂的活性和选择性。催化反应的条件包括温度、压力、溶剂
选择等。根据具体的反应类型和底物特性,我们可以进行必要的优化,以获得最佳的反应结果。
三、催化剂的添加和废弃物的处理
在使用雷尼镍催化剂时,我们需小心添加催化剂。催化剂通常
以浆状物形式存在,可以通过悬浮于反应体系或以其他适当方式添
加到反应溶液中。在添加催化剂时,应确保操作安全,并避免与空
气中的氧气或其他气体接触。
完成催化反应后,我们需要妥善处理废弃物。由于雷尼镍催化剂可能存在毒性,我们应遵循相关法规,将废弃物进行妥善处理。废弃物可以通过封存、中和或以其他安全方式进行处理,以减少对环境的影响。
四、催化剂的稳定性和再利用
雷尼镍催化剂具有一定的稳定性,但在长时间使用后可能会发生活性降低的情况。在催化反应过程中,我们需定期检查催化剂的活性,并根据需要进行催化剂的补充或替换。
为了提高催化剂的经济性和可持续性,我们可以尝试催化剂的再利用。在催化反应结束后,我们可以通过合适的方法(如沉淀、过滤等)将催化剂与废液分离,然后对催化剂进行再生处理,以继续使用。
雷尼镍加氢催化剂
雷尼镍加氢催化剂
雷尼镍加氢催化剂是一种常用于催化加氢反应的催化剂。它由雷尼镍(Raney Nickel)制备而成,是一种高度活性的多孔金
属催化剂。
雷尼镍加氢催化剂主要用于加氢反应,例如烯烃加氢、有机化合物加氢、水合物还原等。它可以将不饱和化合物(如烯烃)加氢转化为饱和化合物(如烷烃),对于多种有机化合物的加氢反应都有很高的催化活性和选择性。
雷尼镍加氢催化剂由细小的镍颗粒组成,这些颗粒在催化反应中提供活性位点来催化反应。多孔的结构使得反应物可以充分进入催化剂内部,增加反应的接触面积和效率,同时也有利于产物的释放。
雷尼镍加氢催化剂的制备一般是通过将金属镍与水铝合金进行反应,形成多孔、高度活性的结构。催化剂的活性和选择性可以通过改变制备条件、合金配比、后续处理等方法来进行调节和优化。
总的来说,雷尼镍加氢催化剂是一种重要的工业催化剂,在有机合成、化工生产等领域有广泛应用。它具有高催化活性、选择性好、稳定性高等优点,是许多加氢反应的理想催化剂之一。
雷尼镍加氢催化剂
雷尼镍加氢催化剂
1. 简介
雷尼镍加氢催化剂是一种常用于化学反应中的催化剂。它由镍和少量的其他金属组成,能够在加氢反应中起到催化作用。本文将介绍雷尼镍加氢催化剂的制备方法、催化机理以及应用领域等方面的内容。
2. 制备方法
雷尼镍加氢催化剂的制备方法主要包括物理法和化学法两种。
2.1 物理法
物理法制备雷尼镍加氢催化剂主要通过合成气还原法。具体步骤如下:
1.首先,将镍和其他金属(如铝、铜等)按一定比例混合。
2.然后,将混合物置于高温高压条件下与合成气(氢气和一氧化碳的混合物)
反应。
3.反应完成后,将产物冷却、过滤、洗涤等步骤,最终得到雷尼镍加氢催化剂。
2.2 化学法
化学法制备雷尼镍加氢催化剂主要通过沉淀法。具体步骤如下:
1.首先,将镍盐和其他金属盐按一定比例溶解于适量的溶剂中。
2.然后,加入适量的沉淀剂,使溶液中的金属离子沉淀成固体颗粒。
3.沉淀完成后,将固体颗粒收集、洗涤、干燥等步骤,最终得到雷尼镍加氢催
化剂。
3. 催化机理
雷尼镍加氢催化剂在加氢反应中起到催化作用的机理主要包括吸附、解离和表面反应等过程。
3.1 吸附
在加氢反应中,气体分子首先通过物理吸附或化学吸附的方式吸附到催化剂表面。物理吸附是指气体分子与催化剂表面之间的范德华力作用,而化学吸附则是指气体分子与催化剂表面发生化学键的形成。
3.2 解离
吸附到催化剂表面的气体分子在解离的作用下,将分解成更小的反应物或中间体。解离过程可以通过热解、光解或电解等方式进行。
3.3 表面反应
解离产生的反应物或中间体在催化剂表面进行进一步的反应,形成产物。这些反应可以是氧化、还原、加氢、脱氢等多种类型的化学反应。
雷宁镍催化剂
雷宁镍催化剂
一、定义
雷宁镍催化剂是一种以镍为活性组分的催化剂,可以催化多种有机反应,如加氢、脱氢、缩合、加氧等反应。该催化剂由曾担任美国化学
会主席的化学家Paul N. Rylander发现并命名。
二、性质
1. 雷宁镍催化剂具有较高的活性,在催化反应中能够有效降低活化能,促进反应的进行。
2. 雷宁镍催化剂具有一定的选择性,可控制反应产物的生成,降低催
化剂中间体的生成和副反应的发生,有利于提高反应的产率和纯度。
3. 雷宁镍催化剂具有良好的稳定性,在多种反应条件下都能保持相对
稳定的活性,使用寿命较长。
三、制备方法
制备雷宁镍催化剂的方法主要包括物理方法和化学方法。
1. 物理法:通过加热、还原等方法制备。其中加热法是将镍原料在高
温条件下预处理,再在还原气氛中得到能够在有机反应中发挥催化作
用的镍催化剂。
2. 化学法:常用的有共沉淀法、离子交换法等方法。其中共沉淀法是将含镍盐和载体材料一起沉淀,通过加热和还原得到催化剂。
四、应用
1. 雷宁镍催化剂广泛用于加氢反应中,包括醛、酮、酯、烯烃、炔烃等化合物的部分加氢、不对称加氢、全加氢等反应。
2. 雷宁镍催化剂也可用于脱氢反应,包括醇、亚胺等化合物的脱氢反应。
3. 该催化剂还可用于有机化学中的缩合反应和加氧反应等。例如,在缩酮反应中可以通过带钴的雷宁镍催化剂在较温和的条件下得到高产率的产物。
四、结语
雷宁镍催化剂是一种重要的催化剂,具有高活性、稳定性和选择性等优点,在化学合成、制药、石油化工等领域得到了广泛应用。
RaneyNi催化剂的制备
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沈德隆 &
章海燕 ! (&、 浙江工业大学化工学院 浙江省机电设计研究院有限公司 !、
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摘
要
由于其具有的高活性及高选择 ’()*+,-. 催化剂是一种十分重要的骨架型催化剂, 雷尼镍 催化剂 制备方法 故应保存在适当的 ,-./0&12 是一种易燃的催化剂, 溶剂中。
%"!$$ 固定床雷尼镍催化剂
在工业上经常使用固定床催化剂,这样可以大 大简化操作和维护。 制备时, 先用聚乙烯压制镍铝粉末, 接着在高温 下煅烧, 除去聚乙烯 , 同 时 %& 形 成 了 %&5@’ 矩 阵 结 构, 最后用 "A@B 展开。只有外层 (约 ,?*"500) 的 未溶解的合金使催化剂具有良好的强度 %& 被溶去, 和耐磨性。 使用固定床催化剂,很容易使催化剂和产物分 离,而且该催化剂在氢化酮类化合物时具有优良的 活性。固定床 CA>1DE"# 比一般 CA>1D9"# 催化剂具 有更大的催化活性。
雷尼镍化学式
雷尼镍化学式
1. 雷尼镍的概述
雷尼镍,又称Raney镍,是一种具有特殊结构和性质的催化剂。它由镍铝合金制备而成,具有高度的活性和选择性,在有机合成、氢化反应等领域有着广泛的应用。
2. 雷尼镍的制备方法
雷尼镍的制备方法主要有两种:铝的溶解法和铝的脱除法。
2.1 铝的溶解法
铝的溶解法是最常用的制备雷尼镍的方法之一。具体步骤如下:
1.将镍和铝以一定比例混合,并加入适量的碱性溶液,如氢氧化钠溶液。
2.在搅拌的条件下,将混合物加热至一定温度,通常为80-100摄氏度。
3.铝在碱性溶液中溶解,生成铝氢氧化物溶液,同时镍被铝氢氧化物覆盖。
4.继续加热,使铝氢氧化物分解,释放出氢气,同时还原镍,形成雷尼镍。
2.2 铝的脱除法
铝的脱除法是另一种制备雷尼镍的方法。具体步骤如下:
1.将镍和铝以一定比例混合,并加入适量的稀硫酸溶液。
2.在搅拌的条件下,将混合物加热至一定温度,通常为80-100摄氏度。
3.硫酸与铝反应生成硫酸铝,同时镍被铝氢氧化物覆盖。
4.继续加热,使硫酸铝分解,释放出硫酸氢气,同时还原镍,形成雷尼镍。
3. 雷尼镍的化学式
雷尼镍的化学式为Ni-Al,表示镍和铝的比例。雷尼镍的结构中,镍和铝以一定的比例混合在一起,形成了一种多孔的金属结构。
4. 雷尼镍的应用
雷尼镍由于其高度的活性和选择性,被广泛应用于有机合成、氢化反应等领域。
4.1 有机合成
雷尼镍催化剂在有机合成中起到了重要的作用。它可以催化烯烃的氢化反应、醛和酮的加氢还原反应等。由于其活性高、催化效果好,使得有机合成反应可以在较温和的条件下进行,从而提高了反应的效率和产率。
雷尼镍催化加氢原理
雷尼镍催化加氢原理
雷尼镍(Raney nickel)是一种常用的催化剂,广泛应用于各种有机
合成反应中,尤其是加氢反应中。雷尼镍催化剂的主要成分是粉末状的镍(Ni)金属,其表面具有许多小孔和高度分散的表面区域,这使得雷尼镍
对加氢反应具有很高的活性和选择性。
雷尼镍的制备方式通常是通过将镍和铝混合后加入酸性溶液中,然后
通过化学和物理方法将铝从镍中去除。得到的雷尼镍具有高度孔隙化的结构,具有非常高的比表面积。具体来说,雷尼镍具有具有大约25m^2/g到300m^2/g的比表面积,这使得其表面非常活性,有助于加氢反应的进行。
首先,雷尼镍的表面具有高度分散的催化活性位点,这些位点能够吸
附氢气分子。当氢气接触到雷尼镍催化剂的表面时,氢气分子会与催化剂
的表面形成化学键,从而被吸附在催化剂上。
其次,氢气的吸附为底物提供了一个活化的平台。在加氢反应中,底
物分子与被吸附的氢分子之间发生反应。这个反应可以是底物的氢化反应,即底物的双键被氢原子还原为单键,也可以是底物的脱氢反应,即底物中
的氢原子被去除。
最后,底物反应完成后,产物分子会从催化剂表面释放,并且催化剂
的表面再次对氢气进行吸附,为下一个加氢循环做准备。
总之,雷尼镍催化剂由于其高度分散的表面区域和活性位点,能够高
效地吸附和活化氢气,从而促进底物的加氢反应。该催化剂在有机合成中
具有重要的应用价值,广泛用于加氢反应、羰基化合物的还原、烯烃的加
氢以及硝基化合物的加氢等反应中。但是,雷尼镍催化剂在加氢反应中也
存在一些问题,如催化剂的稳定性和选择性的控制等,这也成为了未来研究的重点。
雷尼镍催化剂
摘要
本文主要叙述雷尼镍催化剂的制备、性能、应用、安全和发展。重点是催化剂的制备和工业上的应用。雷尼镍(Raney-Ni) 是一种历史悠久、应用广泛的催化剂, 近几十年来, 在Raney-Ni制备、表征和改性等方面的研究进展, 大大加深了对其物性和制备机理的了解。Raney镍在大量的工业加工和在有机合成反应中使用,因为它在室温下的稳定性和较高的催化活性。未来,雷尼镍还会有更好的发展。
关键词:雷尼镍,制备,性能,应用,发展
雷尼镍催化剂
Wainwright MS
In Preparation of Solid Catalysts, Ertl G, Knözinger H, Weitkamp J (eds).
Wiley-VCH: Weinheim, 1997: 28-42.
引言:
Raney镍是一种用于许多工业生产,由镍铝合金组成的细晶粒固体催化剂。它是1962年美国工程师默里.雷尼(Murray Raney)[1]用作于工业生产中菜油加氢的一种代替催化剂。现在Raney镍作为一种异构催化剂,在各种有机合成、加氢反应中被广泛应用。
Raney镍的制备,是用镍铝合金与氢氧化钠一起反应制得。这种方法,就是所谓的“活化”,把大部分的铝溶解在合金以外。这种多孔的结构拥有很大面积,能给予较高的催化活性。一个典型的催化剂中镍大约占85 %(质量分数),相应的是每两个原子镍就有一个原子铝与之构成催化剂。铝有利于维护孔的结构,对催化剂整体有帮助。
由于Raney镍的一个注册商标是属于W.R.恩典公司(W. R. Grace and Company) ,那些产品在其商标注册期内只能称为“Raney镍”。更通用的术语“骨架催化剂”或“海绵体金属催化剂”可能是用来指其物理和化学特性与Raney镍相似的催化剂。
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雷尼镍催化剂的制备
雷尼镍催化剂是一种十分重要的骨架镍催化剂,其发现和发展最早可以追述到1925年。现在由于其具有的高活性、高选择性以及生产使用成本低的优点,已被广泛应用于有机还原反应,如烯烃芳香环、醛、酮、硝基、腈基等的催化加氢及脱卤反应。本文将主要介绍W-6型拉尼镍催化剂的主要制备方法。
1.W-6型拉尼镍催化剂的制备原理
雷尼镍催化剂最先由Murray Raney(1885-1966)发现,并于1925年申请专利。制备时,先用NaOH溶液溶去镍铝合金中的Al,然后洗涤,残余物为类似海绵状的微粒,大小为25~150A0。催化剂主要含Ni,Al(1~8%),少量NiO 和AL2O3水合物(1~20%),总表面积为50~130m2/g。
Raney-Ni催化剂一般由合金制备,分为两步,即展开和洗涤。展开是指用碱(特别是NaOH)溶出合金中无催化活性的部分(铝),这一步称为展开操作,反应式如下:
2NaOH+2 Al+2H2O→2NaAlO2+3H2
研究表明合金粒度和温度对展开速度有较大的影响,温度越高,展开速度越快;粒度的增大,溶解速度则减小R.Choudary等人通过实验,得出一个展开模型:log(x/1-x)= αlog(tβ),其中α为常数,β为速率参数(单位为1m/s), t为展开时间,展开活化能为56.6Kj/mol。
洗涤展开后的Raney-Ni是类似海绵状的微粒,可用蒸馏水洗涤至中性,最后用乙醇洗涤。由于Raney-Ni是一种易燃的催化剂,故应保存在适当的溶剂中。2.W-6型拉尼镍催化剂的制备方法:固相分离浸取法
熔融,沥滤是制备骨架催化剂的一种方法。其制备主要分为三步:即合金的制备,合金的粉碎及合金的浸溶,其制备工艺流程及简介入下:
NaOH溶液
镍┓↓
┃→熔融→冷却→粉碎→浸溶→洗涤→成品
铝┛
70年代发明的固相分离浸取法是对传统雷尼镍催化剂制备方法最近的一次突破。原理是向回体NaOH与合金粉的混合物中加水.使其均匀润湿但不形
成液相。新的工艺过程的特点是合金粉末在固相中分解。具体做法如下:在一个混合器中将合金粉末与少量氢氧化钠混台均匀,然后在不断搅拌的情况下加水.加水的速度要求是保持物料均匀湿润但不形成液相。通过水进行分解反应,其中氢氧化钠起催化刘的作用,因而在过程结束时铝大部分生成氢氧化铝。当分解反应终止时,约有等体积的水进入物料,形成分离的两个固相,下层含催化剂,而氢氧化铝的白色沉淀在上层,两者很容易分离。在热的碱液中再进行一次简短的处理即可结束制备过程,这时碱液中氢的释放已经不猛烈了。
上述的制备方法一般适用于多种骨架催化剂。相对于金属含量而言,这类催化剂的括性往往高于通常方法制备的催化剂。由于全部合金的反应时间相同的,所以产物是均匀的。此方法的优点是在浸出的过程中不形成泡沫,所需的装置体积和操作时间约为一般方法的一半,氢氧化钠的需要量也较少。采用新工艺时可以使用原来的装置,只需增加一个混合器。
3. W-6型拉尼镍催化剂的实验室制备步骤:
在配有温度计和不锈钢搅拌器的2L锥形瓶中放进600mL蒸馏水和160 g氢氧化钠,迅速搅拌,并让它在装有溢流虹吸管的冰浴中冷却50℃。然后在25~30min之内将125g镍-铝合金粉末分批地加入。控制镍-铝合金的加入速度和向冰浴中加冰以保持温度在50±2℃。待所有的合金加完后,在该温度下再缓缓搅拌50min,使悬浮的镍-铝合金粉末完全消化。这往往需要移去冰浴、换上热水浴,以保持温度恒定,此后用蒸馏水滗洗催化剂三次,每次用1L水。
滗洗后立即转移到洗涤装置中进行洗涤。该装置的构造及操作如下所述:用直径5.1cm、长38cm、在离顶部6cm处接有带支管的玻璃大试管,作洗涤催化剂的容器。试管用橡皮塞紧紧地塞住、使其足以承受49kPa的气体压力。塞子有三个孔,通过它们插入直径10mm的玻璃管,直伸到试管底部,用以通入蒸馏水;用以平衡气体压力的“T”形管和一个紧密配合的铜衬套管,穿过套管装有一个不锈钢轴搅拌器(也可以装有用注射器改制的搅拌器),轴直径为 6.4mm,并伸到试管底部。一个容量为5L的蒸馏水储水器,在瓶的侧面靠底部有一出水口,该瓶为贮备蒸馏水用,这样的装置对使水由瓶中通过开关源源不断地流入试管的底部。试管的支管用厚壁橡皮管与5L溢流瓶相连,溢流瓶的底侧也有一个出水口,洗涤水由试管流到溢流瓶,并通过开关将溢流水导入水槽流走。
把经第三次倾滗洗涤后的催化剂,立即转移到催化催洗涤容器中,同时让洗涤容器、储水器和溢流瓶几乎都充满蒸馏水,迅速把装置连接起来,从导管引入49kPa压力的氢气,同时溢流瓶中的大部分水都通过出口被排出,关闭出口,继续通入氢气直到储水器、洗涤管和溢流瓶里的水面处在约比外界大气压高49kPa 时为止。开动搅拌器使它的速度能让催化剂悬浮在18-20cm的高度。让蒸馏水以大约每分钟250mL的速度从储水器流经悬浮的催化剂。当储水器近乎放空而溢流瓶已充满的时候,同时打开排水答的活塞和蒸馏水进口活塞,使它们有相等的、能使溢流瓶故空而储水器充满的流速,且体系压力维持恒定。
大约15L水通过催化剂之后,停止搅拌和进水,放空解除压力,并拆卸装置,把上清液倾滗掉,然后用95%的乙醇把它转移别250mL离心瓶中。再用95%乙醇把催化剂洗涤三次,每次用150mL,同时搅拌(不要振荡),每加一次都进行离心。以同样的方法再用无水乙醇处理三次。如果希望得到高活性的催化剂,那么所有操作应尽快进行,从加合金开始到制备完成,全过程历需时间不应多于3h,操作过程使用的橡皮管和胶塞均应用5%的氢氧化钠煮沸,并且用水漂洗除硫。
4.实验结果及储存
按上述方法制得的催化剂含镍62g,铝为3~8g,体积约为75~80mL。
实验制得的催化剂应保存在装满乙醇的瓶中,而且应立即贮存到冰箱中。如果保存得当,其高活性可维持两周。过了这个期限,活性会降低到与其它低活性Raney-Ni相近似的程度。
5.实验过程中应该注意的问题
(1)合金的浸溶时,碱的实际用量为理论计算值得1.4倍,只有在过量的碱液中,才能消除Al(OH)3白色沉淀。而且金融过程的氢必须安全引出。
(2)冷却温度对合金的相组成也有较大的影响,只有在缓慢的冷却过程中,合金才能形成良好晶格的规则系统,若冷却太快,从微观结构着眼,将使合金的晶格不完全。合金的状态不同,其催化剂的活性就不同。
(3)催化剂必须保存在水或醇液层下或加保护剂制成干性催化剂,不能直接暴露在空气中,以免骤然起火、燃烧。
(4)使用w—6等高活性的拉尼镍时,其用量不得任意增加,特别是在高压