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接下来给大家介绍一下第二种方法离子交换法

离子交换法

首先把它分为这以下的三小节

首先我会大概介绍下

离子交换法的方法的由来还有应用

然后详细介绍下离子交换的工艺

最后会有三种例子 氧化硅

不带酸性的氧化硅 还有无定型的硅铝

氧化硅-氧化铝带酸性的 还有沸石分子筛

来讨论一下离子交换法制备催化剂

首先来看一下简介部分

离子交换法是指的

利用载体本身表面上的可交换离子

在前面讲过载体是带电的

带电性就要吸附反离子

那离子交换就是把这反离子交换掉

交换上目标的离子

活性组分要跟载体表面存在的离子

可交换的离子要同一类型

它才能够发生负载

那么交换完以后还经过洗涤和干燥

离子交换法

只能是跟载体表面发生强的电作用才能够存在

其它物质会随着洗涤而消失

这样就离子交换法特点就是负载量应该是很低的

因为它决定于载体表面的带电量

如果带电量非常少负载量就比较低

一般离子交换法是适用于负载量比较低的金属催化剂

或者是酸催化的制备过程

同时因为指定用载体表面的带电的

吸附的反离子

它的均匀性应该是取决载体表面的带电性

如果载体表面越均匀 那么得到了催化剂肯定是越均匀的

我们经常用到的离子交换法

用最多的就是沸石分子筛的离子交换

利用沸石分子筛离子交换或是离子交换制备催化剂

有一个非常重要的细节大家一定要注意就是

一般是用了固体和金属盐或无机盐或阴离子盐稀溶液

大家一定要注意要实现这种离子交换

浓度不能太高

太高就达不到这样的效果

为什么不能太高

实际上在学过水溶液化学应该要知道就是

如果高浓度下很容易发生 水合离子的缩合反应

也多了离子簇

而这种交换或表面吸附离子可能一般只带阳离子

或是只吸附

只有阳离子位置或两个阳离子位置

如果高浓度的溶液里面

那么很显然离子簇太大

带电量比较多它交换效果或结合效果肯定是不好的

那么结合效果不好肯定就有可能是通过

洗涤过滤的时候把它流失掉

就达不到这样的催化剂制备的结果

离子交换法它最重要前提就是对浓度非常敏感

而且一般提倡是用稀溶液体系下实现

可以先介绍一下典型的离子交换法的现象

后面会给大家讲了 无定形的硅铝

它本身是带有质子的

那么离子交换的过程中有个特点

由于质子的跟硅-氧-铝之间 作用力太强了

质子很难被移动

要把它给交换成金属离子是很难的

那么一般做的方法是把它先用铵根离子进行交换

使得质子变成铵根离子

铵根离子再跟金属离子进行交换

就得到金属离子

这样金属离子再还原就得到高分散的金属催化剂

可以发现离子交换的

普遍的经验规则就是对于质子形的

带有质子的离子的载体

一般不会直接进行交换

一般要通过中介

或者是通过铵或碱金属来实现过渡

离子树脂一般用的都是用钠型的

钠型的直接跟酸进行水洗

当然这就得到氢型的离子树脂 直接用的

但是对分子筛基本上看到的就是通过

钠型的或者铵型的进行交换来负载金属催化剂

这个大家一定要注意 就是离子交换的应用

过去一个常识就是很少用质子型的载体

去交换其金属离子

前面实际上也跟大家说了

这种离子交换的特点就是

由于它只能是单纯的离子之间吸附离子

负载量会比较低

而且它分散度非常好 金属利用率会比较高

一般适合于昂贵的贵金属催化剂

那么很多时候话可能很多同学会想到

如果对氧化硅

特别是介孔SBA－15本身它不带电

它是中性的

那么怎么来实现这种离子交换

实际上这一部分做了很多的工作

科学家就是把载体表面进行改性 比如采用接枝的方法

引入硅氧

有机硅的试剂引入阳离子

这样可以把表面的进行官能团化

再利用离子交换方法

就可以得到高分散的催化剂

这个在介孔分子筛的

表面官能团应该来说是非常重要的分支

大家如果感兴趣可以课后去查相关的文献去进行了解

这里主要给大家简单介绍一下离子交换的主要的影响因素

首先离子交换主要是因为

利用载体本身会带电性它会吸附反离子

而载体表面带电性实际上

特别是氧化物在界面化学里面就讲过了把载体

当做表面羟基作为活性位的中心

那么在不同的pH条件下或在水溶液里面

它可能就会发生水解反应

这样就会带负电荷或正电荷

pH值比较小的条件下 酸性条件下带正电荷

碱性条件下带负电荷 会优先吸附

阳离子就是吸附阴离子

很显然 离子交换跟等电点有很大的关系

可以说这种离子交换法也是利用载体的等电点

就是大于等电点的时候带负电荷

吸附阳离子

交换的时候也是交换阳离子

小于等电点

交换的是阴离子的过程

从这一点上讲跟前面讲的平衡吸附法

还是有很大的类似性的

甚至可以把它当作

可以把它当做氧化物载体表面

羟基提供离子交换的来原

可以认为没有发生水解反应之前

实际上就是把羟基进行的交换

要么就交换羟基

要么就交换氢离子

最关键的是要选择性的或是利用pH变化

来改变表面带电性

那么很显然离子交换

可以根据前面的结果得到的推论是

pH值如果跟等电点背离

背离越大那么交换的容量可能就会发生变化

可以看一下氧化物载体表面质子的变化

跟pH值或氢氧根离子变化跟pH值的变化关系

把它当做是质子或氢氧根跟水合离子中的

阳离子或阴离子之间发生交换现象

同样的前面讲的这种

等电点的吸附阳离子或吸附阴离子

也适用于离子交换的

就是刚才说氧化铝可以吸附阳离子和阴离子

进行离子交换它可以交换阳离子

或是阴离子

那么对于氧化硅来说

它一般只能吸附阳离子

交换的是阳离子的金属

讲到氧化硅一般得到的是制备负载型的金属催化剂

而氧化铝可以制备

负载型的金属催化剂

也可以制备负载型的氧化物催化剂

通过离子交换的方法

如果这样讲可能大家会比较容易跟平衡吸附进行混淆

实际上可以看到

它们两者之间最大区别是负载量是不一样的

平衡吸附法是靠的是通过静电的作用

再结合水解反应

而离子交换法根据前面的论述是

仅仅是靠的第一层的强吸附作用进行离子交换

来看一下离子交换跟平衡沉积方法的区别

还是以同样前面的这张

氧化物的双电层结构来阐述一下

离子交换跟平衡层级沉积法的区别

首先最开始的状态肯定是这样做成的

就是由于载体表面

它有第一 紧密层是水溶剂分子

那么斯特恩层是亥姆霍兹内层

是水合阳离子

那么离子交换是通过

当通过静电作用力

原来吸附离子

用另外离子把它给置换完以后就是

交换完以后 这个时候是通过过滤洗涤

把外面的就是前面的这些

剪切面内部的离子都把它给洗掉

或是把它给过滤掉

那么过滤掉以后

另外平衡沉积的方法

发生是这样的过程 就是去完以后它还会通过缩聚水解反应

进行的 离子簇的沉积 也通过静电作用

进一步的生成氧连羟连

外球型配体变成内球型配体

再通过缩合反应

就实现了羟连氧连 这样就生成离子簇

可以发现平衡沉积过滤

负载量就很显然是高于离子交换的方法

这个是两种方法最主要的区别