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最后给大家简单介绍一下离子交换法的案例

这里给大家介绍了3个案例

一个带羟基硅胶表面的离子交换

另外是带质子的硅酸铝表面交换

还有沸石分子筛的离子交换过程

首先来看一下硅胶的表面的离子交换

要知道硅胶本身的表面是不带电的 它是个羟基

要使得它发生离子交换要使得它

它发生水解就生成阳离子或阴离子

所以一般来说会在稍微比它的等电点高的条件下

偏碱性的条件下

这个时候金属阳离子就会吸附

金属阳离子 因为质子被中和掉了

所以就发生离子交换的过程

这样如果pH值越高

它的交换容量就越大

交换速度也就越快

所以应该说硅胶的表面离子交换

是通过利用 它表面的水解反应或者中和反应来实现的

所以可以看一下这个过程

就会出现 生质子被取代 很慢

一般这种硅胶的离子交换

一般做的方法是在氨水体积下

因为氨水本身是个弱碱

同时铵根离子跟质子间交换会比较快

所以一般来说这种硅胶体系下

一般是在氨水溶液体系下进行的

一方面氨体系下存在还可以稳定金属离子

当然前面讲了金属离子价态跟交换能力也是适应的

比如说三价铁优于二价铁离子的交换速度

所以一般来说在硅胶离子交换过程中

一般是在较高pH强度下 在氨体系的条件下

铵根铵根金属离子进行交换

这样可以通过调节pH值高到一定程度

甚至可以控制铵根离子的稳定性

铵根离子一方面提供碱盐 另一方面是提高金属的稳定性

这样就有可能逐渐的提高

氧化硅表面的可控的负载量

这样可以看到非常好的工作

同样要得到高分散的贵金属催化剂

但是要得到不同金属颗粒尺寸

或者是要金属的分布密度不同

就可以采用这种离子交换方法

无非就是提高溶液里面铵根离子跟金属离子之间的比例

就有可能实现这样的控制的过程

最后经过过滤 洗涤 干燥

最后得到高分散的催化剂

这种离子交换的催化剂可以看一下

它还有一个方法就是还可以结合高温焙烧的方法

来铆定吸附的这种作用

类似于前面讲的

通过老化作用成缩合反应提高颗粒大小

所以一般这种氧化硅

特别是高比表面积氧化硅通过离子交换法

制备铂钯催化剂可以得到

大概是1到2纳米的催化材料

比如说可以来比较一下硅上负载铂催化剂

想用离子交换法

通过改变氨水的用量 可以做到

负载量铂在零点几到六左右都可以得到

它粒度是非常均匀的

而如果采用类似于没有交换作用

只是通过等体积浸渍的方法

发现负载量越高它颗粒就越大

当然这张图给出的也是这种氢气在学吸附里面

负载量跟氢气的吸附量

呈线性关系说明它是均匀分散的

负载量的增加它的粒径是保持不变的

而浸渍法它就是发生团聚的现象

所以从这个例子可以看到离子交换法

并不是仅仅是说一定是低负载量的

如果结合载体表面的特殊性质

也可以在选择负载量上实现它的调变

特别是氧化硅载体是非常好的模型的载体

接下来给大家介绍的是第二个例子

是在硅酸铝表面的离子交换

氧化硅或者硅酸铝早期是催化裂化的活性组分

在现代的石油化工或煤化工领域

对一些酸性要求不太强的酸功能催化剂

离子交换它的用途是非常广的

硅酸铝离子交换

前面已经给大家提前说过了是硅酸铝表面虽然有质子

但是它不适合直接交换金属离子

一般是要先把用铵根离子

比较容易跟质子进行交换

再用铵根离子跟金属离子进行交换

这个是要求大家要记住的

大家看一下常规的操作

买到硅酸铝粉末一般需要活化焙烧

在氨水里面 大家看一下

一般要浸渍一周的时间

质子实际是很难被交换的

使用氨离子它交换时间也是非常长的

所以可以看一下离子交换的

特点就是 特别是这种带质子

一定要强调

一定不要直接用氢型的沸石分子筛

这个时候就可以在很多的情况下如果

硅酸里面的铝含量比较多

质子量比较多的金属负载量要求比较低的时候

就会出现1+1大于2的这种酸功能催化剂

一部分的酸性位会被金属占据 一部分的

另一部分酸性位就是活性中心

所以可以发现在早期的文献会发现

当用离子交换法

负载大概万分之三的铂

钯 钯是呈原子分布的

所以对苯环加氢反应

它就仅仅是 选择性的加氢反应

这是前面给大家介绍过的

硅酸铝离子交换的示意图

就先进行铵跟离子交换再跟金属离子交换

再通过氢气还原得到金属催化剂

这个大家简单看一下重点会介绍一下

沸石分子筛的表面离子交换

因为在催化领域

特别是现代的能源化工领域里面

用的最多的载体

或者催化剂实际上是沸石分子筛

沸石分子筛要跟金属结合

一般考虑到的是离子交换

特别是贵金属催化剂

来看一下沸石分子筛的离子交换

首先知道沸石分子筛是

有氧化硅 氧化铝 硅氧四面体组成的

它的骨架里面的铝含量决定它带电性

所以一般来说阳离子数目

是取决于里面的铝含量的

铝的位置在哪阳离了就应该在哪

而要交换的阳离子就应该进入到哪

这样就会产生问题要考虑到

分子筛的孔道结构分布

一般合成沸石分子筛

是一种钠型的和钾型的

一般可以做碱催化剂

但是如果作为酸功能催化剂

一般要酸和金属

一般很少是直接钠跟金属进行交换

因为如果钠没有交换干净

后面进行氨交换 害怕的是钠没有交换干净

所以一般来说对于这种负载型的酸

酸性沸石分子筛负载的金属催化剂

一般不会事先用钠型和钾型跟金属交换

一般都会把钠型钾型交换成铵型

再跟金属进行离子交换的过程

所以下面先来看一下铝的位置对交换的影响过程

以最典型的对称性最好的八面沸石Y沸石为例

存在两种沸石 比如USY 把氢Y

进行水蒸气处理 把它脱铝

变成多孔的结构

这黑点是指的是铝的位置

这八面沸石结构这

最大黄色圆环看到这铝的位置可以在这外边缘或角上

还有一部分是在 在这六元环的Y交叉点和四元环交叉点

对于稀土Y会发现

它的分布跟这个USY是不一样的

除了这个位置有十元环 这个位置有 还有考虑到这种

六方柱棱里面也有铝离子也就是相当于

USY跟稀土Y稀土不仅要进入到这里面

还应该进入到孔道里面才能够

提高它酸性或者改变它性质

所以来具体看一下整个八面沸石里面

铝可能存在的三个位置

第一个位置就是说的在六方柱六角柱棱里面

因为它的六角柱棱里面四元环

这里面是六元环 它孔非常小是最稳定的

另外是这个六元环附近

这个位置是指的它带负电核

所以说阳离子应该在这个位置上

如果没有阳离子应该是质子的位置

可以看一下二位是在六元环附近

三位是是在超笼的四元环里面

这就使得在交换的过程中

最容易被交换是这个位置 因为它在超笼里面

这个是在六元环

β笼的六元环附近 这是在六角柱笼

最多通过六元环还要再通过六元环才能接近

或是通过四元环

所以很简单离子交换沸石分子筛

就要考虑到铝的位置

导致了要交换阳离子的位置的变化

这个时候就要考虑到前面讲一般的水合离子

它跟阴离子反应组成大约是0.7纳米

对于八面沸石只有这个超笼的孔能够进去

这样进来能交换的也是这个位置

这两个位置是很难实现交换的过程的