浸渍法制备催化剂

氧化物 Sb2O3 WO3 水合物
等电点 <0.4 <0.5 1.0~2.0 ~4 3.9~4.5 ~5.5 ~6.0 5.7~6.7 6.5~6.9 6.7~6.9 ~6.75 6.5~7.5 7.0~9.0 ～8.9 8.4～9.0 8.7～9.7 ～10.4 12.1～12.7
吸附
正离子
常 见 氧 化 物 载 体 的 等 电 点

浸渍顺序对合成氨催化剂性能的影响
催化剂浸渍顺序 Ba, K, Ru K, Ba, Ru Ru, Ba, K Ba, Ru, K 相对催化活性 1.0 1.8 3.7 14.4 1/19.5 1/3.5 吸附的 N2/H2
金属含量：Ba-2％；Ru-4％；K-12％ 反应条件：400oC，2.64*106Pa，空速3000，N2/H2=1/3

浸渍过程影响因素

载体的预处理 水蒸气处理或焙烧处理 水泡处理 抽真空处理 化学改性处理
浸渍过程影响因素

载体的水蒸气处理 例载体γ-Al2O3水蒸气处理对吡啶HDN活性的影响
水蒸气 处理温 度/ C 550 600 650 700 750 未处理 2 .0 2 .1 2 .0 2 .1 2 .0 2 .2
NH4Pt(C2H4)Cl3,Pd(CH3)4Cl2,(NH4)2PtCl6吸附
量较小，但金属能渗透到载体中心部分
浸渍过程影响因素

载体的湿润和浸渍速度 润湿现象，载体多为亲水性
PK 2 cos r P 液体在毛细管中移动的 P PK r
2
P PK g L sin PK 毛细压力， 忽略重力影响， 渗透速度： dL d dL d 推动力

Choice of impregnated solution

浸渍液的选择
活性组分易溶盐的水溶液 焙烧过程盐类易分解成氧化物，经氢气还原为金属
非活性组分或对催化剂有害得物质，在焙烧或还原时易挥 发
根据活性组分在载体上分布形式的要求，选择适宜的盐溶 液 通常采用硝酸盐、氯化物、有机酸盐、铵盐的浸渍液。Au、 Pd、Pt等贵金属可采用H2PtCl6、PdCl2，前提是催化剂不 受Cl-的影响
浸渍过程影响因素

一般铵络合物为浸渍液制 备的催化剂分散度较高， H2PdCl4溶液浸渍时形成 表面物种PdO 浸渍液不同，物种的吸附 速度和渗透速度不同，制 成不同分布的催化剂
Si-O Pd Si-O
NH3
NH3

浸渍过程影响因素

在水溶液中与氧化铝表面活性点反应性强且吸
附很快的化合物（如H2PtBr6， (NH4)2PdCl4,(NH4)2PdCl6,(NH4)3RhCl6等浸渍 60min后，虽吸附在继续，但渗透深度不增加， 一般200μm左右；而吸附慢的化合物（如
141 125 126 11 6 121 149
5 .8 6 .5 6 .4 6 .9 6 .8 5 .3 0 .7 9 3 3 0 .7 9 3 1 0 .7 9 2 6 0 .7 9 2 4 0 .7 9 3 8
4 3 .9 4 0 .0 4 2 .8 4 0 .9 3 5 .5 3 6 .5
浸渍过程影响因素
预处理条件 未处理 20％HNO370oC 处理 2h 40％HNO370oC 处理 2h 10％HNO340oC 处理 2h 表面酸量 (mmol/g 活性炭) 0.216 0.886 1.621 1.295 活性表面 (m2/g Pd-Pt) 51 87 125 103
浸渍过程影响因素
浸渍盐溶液对催化剂结构和性能的影响 例：

竞争吸附原理及模型
吸附速度和扩散速度不同，活性组分分布往往 不均匀
在浸渍溶液中，除含有活性组分外，再加入适 量第二组分（一般为酸类），该组分也吸附在 载体上，加入的第二组分称为竞争吸附剂


采用竞争吸附剂提高活性组分的分布均匀性
Factors influencing impregnation
浸渍过程影响因素

氧化物载体在水溶液中其表面能极化带电，粒 子所带电荷性质决定于所在溶液的pH值，以SOH代表表面吸附位 在酸性介质中：S-OH+H+A-↔S-OH2++A-,按双 电层理论，粒子带正电，其周围为带负电的反 离子扩散层
碱性介质中，S-OH+B+OH-↔S-O-B++H2O，反 离子扩散层带正电
8L
PK
2 r cos 8L
浸渍平均线速度
, L 浸渍深度 取 2）
浸渍液粘度，
2 L
2
毛细管弯曲系数（通常
r cos
浸渍过程影响因素



浸渍方法 干浸法 湿浸法：易造成活性组分不均匀性 分浸法：多组分、高负载量 混合浸渍法：每种离子的浸渍速度不同 喷浸法 浸渍沉淀法
SiO2 水合物 U3O8 MnO2 SnO2 TiO2 UO γ-Fe2O3 ZrO2 水合物 CeO2 水合物 Cr2O3 水合物 α,γ-Al2O3 Y2O3 水合物 α-Fe2O3 ZnO La2O3 水合物 MgO
正离子或负离 子
负离子
浸渍过程影响因素

等电点应用举例
SiO2载体等电点较低（～1），表明氧化物是酸性 的，浸渍液pH>1时，由于SiO2表面有负电位，故 可以吸附阳离子 MgO载体等电点大于10，可吸附阴离子络合物 Al2O3为两性氧化物，可选用pH<8和阴离子络合物 溶液或pH>8和阳离子络合物溶液作吸附剂


Choice of impregnated solution
PK

2 cos r
与载体、溶液本身的性质有关；与载体的细孔结构、大小、形状 及孔径有关；与溶液的粘度、浓度等有关 水溶液浸渍氧化物载体，毛细管力足够大，浸渍能顺利进行

活性炭-水的浸润角为60～86o，需要对活性炭进行排气处理，才 能有效浸渍
Factors influencing impregnation

浸渍时间
若载体未经润湿，毛细
管浸渍时间：

2 L
2
r cos
Factors influencing impregnation

吸附过程
活性组分在载体上的吸附因活性组分及载体性质而异
饱和吸附量 (wt.%Pt) 活性炭 氯铂酸 活性氧化铝 硅铝 1010 110 364 0.745 0.324 0.435 22 2.1 0.26
溶质
载体
比表面(m /g)
2
孔容(ml/g)
Factors influencing impregnation

吸附过程
活性组分毛细孔内吸附存在动态平衡
在浸渍过程中，活性组分在孔内存在吸 附及扩散过程
活性组分分布的均匀性与浸渍持续时间 关系极大

Factors influencing impregnation

对载体的要求： 机械强度、耐热性能好 适宜的形状、大小、比表面、孔结构、表面酸碱性和 足够的吸水率

不含使催化剂中毒和导致副反应发生的物质
原料易得，制备简单，常用的多孔载体为：氧化铝、 硅胶、活性炭、分子筛、硅藻土、硅酸铝、浮石、活 性白土等，尤其前四种。 预处理过程：焙烧、酸化、钝化、扩孔等。

浸渍液 H2PdCl4 Pd(NH3)2Cl Pd(NH3)4(OH)2 Pd(NH3)4(OH)2 Pd 含量％ 4.26 4.02 4.35 0.6 还原温度 C 400 400 400 400
o
Pd 表面积 (m /g) 42.8 280.5 289.1 292.1
2
分散度 0.09 0.62 0.64 0.65

优点： 使用已经制成的各种形状尺寸的催化剂载体； 可以选择具有合适比表面、孔径、强度、导热率性能的载体； 被负载组分分布在载体表面，利用率高、成本低； 生产方法比较简单易行，生产能力高


缺点：
焙烧时产生的废气造成环境污染； 干燥过程会造成活性组分迁移

Choice and pretreatment of supports


浸渍过程影响因素
- - + + + + + + - + + - + ++- + + + + - - - + + - + + - + - + + + + +
酸性介质
等电点
碱性介质

pH值为某一特定值下，粒子不带电荷，或称带零点电荷(ZPC),此 状态称为等电点
即：ZPC表示了氧化物表面净电荷为零时相应的水溶液的pH值
Factors influencing impregnation

浸渍顺序（先浸，后浸，共浸）对催化剂性质的 影响 使某一活性组分在表面的分散度增加—结构因 素 金属组分之间有电子的转移，如改变d带填满程 度——电子因素 某一组分先与载体相互作用，甚至生成某种化 合物，其它组分分散在其表面
Factors influencing impregnation
对于疏水性载体时，cosθ<0,浸渍操作可在加压下进行，还可以采 用有机溶剂调节浸润角，利用采用甲醇溶液在聚四氟乙烯上负载 钯

浸渍过程影响因素

载体表面性质
载体表面性质影响其对活性组分的吸附能力 氧化物对金属络离子的吸附决定于以下参数： 氧化物的等电点 浸渍液的pH值
金属络离子的性质
Principles of impregnation

将载体放到含有活性物质、助剂成分的液体或气体 中浸渍，依靠毛细管压力进入使组分进入载体内部， 同时组分还会在载体表面上吸附。使活性组分在载 体表面吸附直到平衡，除去剩余液体，进行干燥、 焙烧、活化（还原）等后处理

浸渍法通常包括载体预处理、浸渍液配臵、浸渍、 除去过量液体、干燥和焙烧、活化等过程
浸渍过程包括渗透、扩散、吸附、沉积、离子交换 及发生反应等过程

Impregnation

浸渍方法分类
按活性组分的状态——溶液浸渍、气相 浸渍 按载体情况——干法浸渍、湿法浸渍
按溶液使用量——等体积浸渍（或饱和 浸渍，喷淋浸渍）、湿法浸渍（过饱和 浸渍）

Impregnation
（A）
（B）
o
催化剂组成
催化剂物理性能 晶胞常 比表面 孔体积 /m L /g 0 .4 0 8 0 .4 0 3 0 .4 0 2 0 .4 0 0 0 .4 1 2 0 .3 9 7
平均孔半
吡啶转 化 率 /%
N iO
WO3
数 /n m /m /g
2
径 /n m
2 6 .6 2 6 .6 2 3 .0 2 5 .9 2 6 .3 2 8 .2

水泡处理
浸渍过程通常产生大量的吸附热，使浸渍液温度升高，有的浸渍液 pH值低，由于酸的作用会给催化剂结构和强度带来不利影响采用水 泡处理可以减少吸附热的影响
催化剂性质 浸渍温度 载体处理 / C 量 /% 水泡 不水泡 水泡 不水泡 60 60 35 60 1 8 .3 2 1 .5 1 9 .0 1 7 .8 /% 3 .3 8 3 .8 5 3 .8 1 4 .11 2 .3 4 2 .6 3 1 .3 4 1 .5 3
Impregnation methods for the preparation of supported catalysts (A) wet impregnation (with excess solution) (B) incipient wetness impregnation
Advantages and shortcomings of impregnation
o
M oO 3 含
N iO 含 量 P 含 百度文库 /%
孔体积 /m L /g 0 .3 7 1 0 .3 4 6 0 .4 0 9 0 .4 0 6
脱 氮 率 /%
7 3 .8 6 7 .4 8 2 .6 7 8 .5
浸渍过程影响因素

载体的抽真空处理
提高载体的吸附容量，保证金属负载量
载体的化学改性处理 例如活性炭载体表面经不同氧化处理后，可产生大量具有 亲水性的基团，提高了对活性组分的锚定作用，使其分散 度提高
Factors influencing impregnation

浸渍沉淀法
例：在制备负载贵金属催化剂时，先浸渍贵金 属的氯化物盐酸溶液（氯铂酸、氯钯酸等）， 再用碱溶液中和之，转化为氢氧化物沉淀在载 体内孔表面。有利于氯离子脱除，提高催化剂 质量，降低焙烧时废气污染；金属可在较低温 度下被肼、甲醛等含氢化合物预还原，且金属 粒子较细。