矽膠載體

矽膠載體是一種多孔物質,是常用的催化劑載體之一。

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  一種多孔物質,是常用的催化劑載體之一。矽膠也是工業上常用的乾燥劑、吸附劑。矽膠的化學組成為SiO2·xH2O,屬無定形態,系由Si—O四面體相互連結成骨架構造,骨架中的空間即為矽膠的孔隙。結構水以羥基的形式和矽原子相連而覆蓋於矽膠表面。矽膠表面具有微弱的酸性,本身對某些反應也有催化作用,如環氧乙烷異構成乙醛的反應、甲酸和醇的脫水、甲烷和硫或硫化氫生產二硫化碳等。在氯苯水解制苯酚時用氯化銅 -矽膠催化劑,此時矽膠除有載體作用外,其本身也提供活性。商品矽膠中的氧化鈉含量在某些場合會影響矽膠的使用性能。矽膠一般在600~700℃下開始出現明顯的燒結現象,孔結構被破壞,比表面積下降,當有水蒸氣存在時更為明顯。  固體矽膠  工業上是以水玻璃(矽酸鈉)為原料,在酸性介質中水解生成凝膠,然後經老化、洗滌、乾燥等過程製成矽膠,依據水含量的不同,為半透明或白色固體。市售商品有不規則粒狀、球狀、微球狀矽膠,後者具有較好的耐磨性,常用作流化床作業中的催化劑載體。  用作催化劑載體時,通常是將矽膠浸漬於含催化活性組分的溶液中,使溶液吸收於矽膠的孔隙內,經乾燥、活化等手續,使活性組分分布於矽膠表面上。矽膠的孔隙結構對製成的負載型催化劑的性質有重要影響,如矽膠的孔容積、孔徑分布等。習慣上,將平均孔徑小於15~20Å的矽膠,稱細孔矽膠;平均孔徑大於40~50Å,稱為粗孔矽膠。細孔結構的矽膠具有高比表面積,有利於催化活性組分的分散。但細孔結構不利於反應物分子的擴散,即不易觸及深藏於孔隙深處的催化活性組分,因此將降低催化劑內表面利用率,而且在孔隙深處生成的產物分子也不易逸出孔外,易於造成深度副反應。矽膠的孔結構與製造方法及條件有關,如成膠、老化、洗滌時的pH、溫度、時間等。可通過擴孔處理法將市售矽膠擴孔,常用的方法是將其置於熱壓釜中加水或加含鹽的水溶液(如碳酸鈉、醋酸鈉)熱壓處理,例如:在320℃、10MPa熱壓處理可使比表面及平均孔徑分別為135m2/g和123Å的矽膠變為26.9m2/g和508Å。  矽溶膠  除固體矽膠外,液態的矽溶膠亦為重要的載體材料,工業上通常用離子交換法使水玻璃脫鈉制矽溶膠。它是半透明的乳白色液體,市售商品中二氧化矽含量一般為20%~30%,高者可達50%,其中膠粒直徑為100~200Å,有些商品達1300Å。高濃度的矽溶膠通常是藉助微量的氧化鈉保持其穩定性。矽溶膠乾燥後即變為多孔的固體。例如在製作由丙烯氨化氧化生產丙烯腈的(磷-鉬-鉍-氧)/氧化矽催化劑時,是將含活性組分的溶液與矽溶膠混合,經噴霧乾燥法製成微球狀催化劑。 

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