산업용 촉매 제조에 일반적으로 사용되는 방법은 무엇이며, 각각의 단점과 적용 사례는 무엇입니까?

촉매를 만드는 모든 방법은 실제로 일련의 작동 단위로 구성됩니다. 편의상 제조방법 명칭은 주요 조작단위 명칭과 구별되는 조작단위 명칭을 사용한다. 전통적인 방법에는 기계적 혼합, 침전, 함침, 용액 증발 건조, 열 용융, 침출(침출), 이온 교환 등이 포함됩니다. 지난 10년 동안 개발된 새로운 방법에는 화학적 결합, 섬유화 법칙 등이 포함됩니다.

1． 기계적 혼합 방법

혼합 장비에 두 가지 이상의 물질을 넣고 혼합합니다. 이 방법은 구현이 간단하고 쉽습니다. 예를 들어 전환흡수탈황제의 제조는 활성성분(이산화망간, 산화아연, 탄산아연 등)과 소량의 결합제(산화마그네슘 등)의 분말을 측정하는 것입니다. , 산화칼슘) 계량된 양의 물을 분사하면서 속도와 기울기를 조절할 수 있는 턴테이블에 지속적으로 추가합니다. 분말을 굴리고 혼합하고 접착하여 균일한 직경의 구형을 만든 후 건조, 로스팅하여 완제품이 됩니다. 에틸벤젠을 스티렌으로 탈수소화하는 Fe-Cr-K-O 촉매는 산화철, 크롬산칼륨, 기타 고체 분말을 정제로 혼합하고 성형하고 로스팅하여 제조됩니다. 이 방법을 사용할 때에는 분말의 입자크기와 물리적 성질에 주의를 기울여야 한다.

2. 침전법

이 방법은 높은 분산이 요구되고 하나 이상의 금속 산화물을 포함하는 촉매를 제조하는 데 사용됩니다. 다성분계 촉매 제조 시, 제품 조성의 균일성을 확보하고 고품질의 촉매를 제조하기 위해서는 적절한 침전 조건이 매우 중요합니다. 일반적인 방법은 하나 이상의 금속염 용액에 침전제(탄산나트륨, 수산화칼슘 등)를 첨가한 후 침전, 세척, 여과, 건조, 성형 및 로스팅(또는 활성화) 과정을 거쳐 최종 제품을 얻는 것입니다. 침전조에 불용성물질(규조토 등)을 넣고 여기에 금속산화물이나 탄산염을 부착시켜 침전시키는 방법을 부착침전법이라 한다. 침전 방법에는 물을 절약하고 물질 누출 손실을 방지하기 위해 효율적인 여과 및 세척 장비가 필요합니다.

3. 침지법

다공도가 높은 담체(예: 규조토, 알루미나, 활성탄 등)를 하나 이상의 금속 이온이 포함된 용액에 담그고 일정 온도를 유지한 후 용액이 담체 속으로 들어가는 방식 모공에. 담체는 배수되고, 건조되고 하소되며, 필요한 고체 금속 산화물 또는 그 염의 층이 담체의 내부 표면에 부착됩니다(그림 1). 함침 방법은 촉매 활성 성분을 담체 표면에 고도로 분산시키고 균일하게 분포시켜 촉매 공정에서 충분히 활용할 수 있도록 합니다. 이 방법은 백금, 금, 오스뮴, 이리듐 등과 같은 귀금속을 함유한 촉매를 제조하는 데 일반적으로 사용되며 금속 함량은 일반적으로 1% 미만입니다. 이 방법은 보다 고가의 니켈계 및 코발트계 촉매를 제조하는 데에도 흔히 사용된다. 또 다른 방법은 구형 담체를 속도 조절이 가능한 회전 드럼(그림 2)에 넣은 후 활성 성분이 포함된 용액이나 슬러리를 분무하여 담체에 담그거나 담체 표면에 코팅하는 것이다.

4． 분무 증발 건조법

은 수십에서 수백 미크론 범위의 입자 직경을 가진 유동층 촉매를 제조하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 메타자일렌 유동층 암모니아화 및 메타디카르보니트릴로의 산화를 위한 촉매를 제조하려면 먼저 메타바나딘산염과 크롬 수용액을 주어진 농도와 부피로 완전히 혼합한 후, 새로 제조한 실리카겔을 일정량 첨가하여 혼합하고, 분무 건조기에서 노즐에 의해 분무된 후 뜨거운 공기 흐름의 작용으로 물이 증발하여 건조되고 물질이 미세구 촉매를 형성하여 분무 건조기 바닥에서 지속적으로 배출됩니다. .

5. 열융합법

열융합법은 특정 촉매를 제조하는 특수한 방법으로 개별 성분을 균일하게 분포시키기 위해 제련 공정을 거쳐야 하는 소수의 촉매에 적합합니다. 고온 조건의 도움으로 혼합하고 필요한 후속 처리를 결합하면 우수한 성능을 가진 촉매가 생산될 수 있습니다. 이러한 촉매는 종종 높은 강도, 활성, 열 안정성 및 긴 사용 수명을 갖습니다. 주로 암모니아 합성에 사용되는 철 촉매 제조에 사용됩니다. 선정된 마그네타이트 및 관련 원료는 고온에서 용융, 냉각, 파쇄, 스크리닝된 후 반응기에서 환원됩니다.

6. 담그는 방법

적절한 액체 화학 물질(또는 물)을 사용하여 다성분 시스템에서 물질의 일부를 제거하여 다공성 구조를 가진 촉매를 만듭니다. 예를 들어, 골격형 니켈촉매를 제조할 때에는 전기로에서 일정량의 니켈과 알루미늄을 녹인 후 냉각하여 합금을 얻는다. 합금은 작은 입자로 분해되어 수산화나트륨 수용액에 담가져 대부분의 알루미늄이 용해되어(메타알루민산나트륨 생성) 다공성이며 활성이 높은 골격 니켈을 형성합니다.

7. 이온 교환 방법

특정 결정성 물질(예: 합성 제올라이트 분자체)의 금속 양이온(예: Na)은 다른 양이온과 교환될 수 있습니다. 다른 금속 이온(예: 희토류 원소 및 일부 귀금속)이 포함된 용액에 넣고 농도, 온도 및 pH 조건이 조절된 상태에서 다른 금속 이온을 Na와 교환합니다. 교환체 표면에서 이온 교환 반응이 일어나기 때문에 백금, 팔라듐 등의 귀금속을 제한된 교환기 위에 원자 상태로 분산시켜 충분히 활용할 수 있다. 이 방법은 희토류 분자체 촉매와 같은 분해 촉매를 제조하는 데 자주 사용됩니다.

8. 새로운 방법 개발

①화학적 결합 방법. 이 방법은 지난 10년간 중합촉매 제조에 널리 사용되어 왔다. 목적은 균일한 촉매를 고체화하는 것입니다. 전이금속 착물과 화학적으로 결합할 수 있는 담체는 -X, -CH2X, -OH기와 같은 표면에 특정 작용기를 갖습니다(또는 화학적으로 처리되어 작용기로 부착됩니다).

이러한 종류의 담체는 포스핀, 아르신 또는 아민과 반응하여 포스핀, 아르신 또는 아민화를 만들고, 표면에 있는 인, 비소 또는 질소 원자의 고독 전자쌍을 사용하여 전이금속의 중심 금속 이온과 배위합니다. 프로필렌 벌크 액상 중합을 위한 담체인 Ziegler-Natta 촉매 제조와 같이 화학적으로 결합된 결합된 고체상 촉매를 생산할 수 있습니다. ②섬유화 방법. 귀금속을 함유한 담지촉매 제조에 사용됩니다. 예를 들어, 붕규산염을 유리 섬유 필라멘트로 끌어들이고 진한 염산 용액으로 에칭하여 다공성 유리 섬유 담체로 만든 다음 염화백금산 용액에 함침시켜 백금 성분을 담습니다. 실제 상황에 따라 섬유 촉매는 다양한 모양과 요구되는 견고함으로 압축됩니다. 예를 들어 자동차 배기가스 산화에 사용되는 촉매는 짧은 원형 튜브에 압축될 수 있습니다. 산화공정이 아닌 경우 탄소섬유를 사용할 수도 있다. 섬유 촉매의 제조 공정은 복잡하고 비용이 많이 듭니다.