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通过干燥曲线可以发现

就是影响表面水蒸发

或体相里面水蒸发的关键因素是

是采用的介质的温度和湿度

如果湿度越低 温度越高表面蒸发就越快

速率越快内部的扩散速度也就越快

可能体积收缩的速度可能就越快

这个时候如果载体和前驱体之间作用力比较弱

蒸发速度越快移动越快

物料可能就是越往外跑

这样进而会影响到载体和前驱体之间的作用力

还要考虑到除了表面温度

还要考虑到刚说的介质的相对湿度

就是湿度越小蒸发也就越快

还有经常讲烘箱里面还有空气流速

将所谓的鼓风就有利于

蒸气的扩散也就是减少湿度的过程

所有的这些都已经影响到表面的蒸发

也会影响到后续的催化剂的

活性组分前驱体的再分散的效果

当然最后还有个干燥介质与物料的接触情况

这是前面讲了

从宏观角度上讲一般的干燥操作能够影响过程

到我们最关心的是干燥过程对特别对负载型催化剂

载体和活性组分前驱体之间的相互作用力

水由内部向外扩充

催化剂 多孔催化剂

它的孔有微孔 介孔

这个时候如果水分子

水扩散速度非常快

或吸附力非常快 而孔非常小

这个时候就会存在扩散的阻力

如果内部阻力非常大内扩散

外扩散是存在

蒸发速度如果比内部水扩散速度慢

这个时候就是外扩散控制的

可以发现干燥过程中

按照化学反应可以分为外扩散控制和内扩散控制

基本上就是内外扩散速度相等的时候

干燥的时候物料表面蒸发是外扩散控制

而内扩散控制是在外表面迅速干燥

蒸发面是在内移 蒸发面积越来越小 内部扩散的过程

也就是经常说的

这个部分是内扩散控制

这个部分是外扩散控制

来看一下扩散会引起 受哪些影响

要知道水分或是溶液里面的水扩散

它取决于推动力 是湿度差和温度差

还有粘性的组分

特别是这个粘性的组分是取决于金属盐前驱体的性质

还有微孔的结构

扩散过程中如果能够保证温度差或湿度差

就能够保证催化剂扩散的规律是一致的

在这过程中温度差是推动水向内到外的趋势的迁移

而温度差是温度是从由外部直接到内部是逐渐升高的

这正好是相反

就可以得到就是把金属 比如溶液里面内部的金属离子

把它迁移到外表面由于外表面的温度比较高

这个时候高温条件下说水合离子的水解肯定是加快了

就会出现如果是作用力比较弱

外迁移的作用比较明显会出现

所有的活性组分就这样

跑到催化剂的外表面或载体的外表面

出现蛋壳型的分布

可以看到简单的控制温度差或者温度差

也有可能会会是 控制活性组分的分散性

这次就是为什么要给大家

详细介绍干燥曲线的过程

可以看到催化剂的孔的性质

还有内表面积的大小 都会影响到内部的温度差

温差 干燥程度和脱水程度

甚至体积的收缩程度

那最终会影响到这种催化剂的物性

所以催化剂的结构不一样或尺寸不一样

或是性质不一样要采用合适的干燥方法

避免催化剂发生堵孔或活性组分的再迁移

来看一下在制备 特别是负载型催化剂制备过程中

如何来选择合适的干燥方法

一般来说有一种叫做程序升温的干燥

这种适合于大颗粒的载体或是添加造孔剂的成型载体

因为这种有利于避免出现物料发生干区

在等速阶段可以使得 有利于提高它的缩水速度

最后可以使得大颗粒或是它的孔

保持的非常均匀不会被被破坏

还有一种是既然对大颗粒添加造孔剂的成型载体

一般会采用程序升温干燥

对于 特别控制孔结构

刚才就是孔结构坍塌取决于溶剂分子的扩散的速度

特别是在等速的过程

如果这个时候能够控制里面温度差异

这个时候就有可能保持孔的结构

因为这个时候话

控制湿度比如说早期是用湿度比较高的条件下

它的蒸发速度比较慢 不会出现干区

物料的内外温度会比较均匀

后期会发现等速阶段用中等温度的放话

这个时候是控制脱水的速度

脱水速度避免导致骨架快速地坍塌

后期再用干燥速度提高结构

就是加快脱水 毛细作用的脱水作用

这样既能保证孔的结构又能提高速度

这是另外一种既要控制孔结构的载体

需要的控制湿度的

对于实验室用的最多

碰到最多的粉体或小颗粒的干燥

可以采用低温或者高温的干燥

因为有小颗粒是 脱水非常快

骨架来不及收缩能够达到比较大孔径的载体

而大块的颗粒正好是个相反的

一般来说就是适合于低湿高温的干燥

比如说实验室经常用的纳米粉末或小颗粒载体

正好适用于实验室经常用的烘箱的干燥方法

有些时候如果是对于大块的物料

有时候会考虑引入加入表面活性剂来降低毛细作用力

这样可以阻止均裂的过程

这也是非常常见的操作特别是

要学的是大块的物料很难进行干燥

就可以采用这样的方法

对等体积浸渍的方法

制备催化剂的干燥

就是有时候就要采用这样的

就有时候会引入到表面活性剂来控制过程

当然可以总结起来干燥

通过干燥实验会发现

都要得到或者避免活性组分的迁移或者是孔结构的变化

一定要选择合适的干燥方法

但实际上在工业催化剂

这个过程还包含工程的问题就是干燥器 干燥条件

还有后续的如何提高湿度

或是如何避免或者是增加水蒸气的处理过程

还有能耗的问题

这些应该来说是工业上的一些主要的已经有成熟的经验

这里不再过多的介绍

希望大家通过这个干燥实验

去了解或是思考如何结合

后面碰到的催化剂合成的

形状或者比如孔的要求或者颗粒尺寸

选择合适的干燥条件

最后给大家讲一下浸渍催化剂的干燥的要求

因为前面给大家讲到

干燥就有可能影响的是

载体和活性组分前驱体之间的作用力

在通过蒸发中

它前驱体有可能是沉淀出来的

这样如果就取决于蒸发中

溶解在溶剂里面原来的金属离子或离子簇它水解速度

那就取决于说的结晶的过程

如果是对载体对溶剂具有比较强的吸附作用

在蒸发的过程中可能水就带不走溶剂

这时候活性组分就沉淀下来就不影响它的分布

这也是为浸渍过程中

比如浸渍前的催化剂

如果载体和活性组分之间有比较强的作用力

可以开始在比较低的温度下

进行干燥就相当于类似老化作用

在更高温度下再进行真正的干燥法就可以实现这样效果

同时如果是没有办法

载体对溶剂作用力非常弱

这个时候就要出现了刚才说的个蒸发活性组分再扩散

还有这个沉淀

这个时候就要考虑一点

干燥过程是孔的结构在变化收缩

那如果出现坍塌

我有可能有地方生成大孔有的地方生成小孔

如果这种情况

活性组分有可能是在某个地方进行聚集

这个时候就会影响到活性组分分布

因为说了干燥速度和载体的孔结构

以及负载量都会影响到最终产物的分布

比如说这里给大家看一个例子就是做柱状的

氧化铝载体 还后用浸渍法负载金属催化剂前驱体

如果用它进行快速干燥

慢速干燥它的速度逐渐降低可以看到

从这做剖面会发现

它活性组分快速干燥是在中心

在一定的程度上是蛋黄型

慢速就干燥是蛋壳型的催化剂

从这可以看出非常重要的就是

干燥速率的确会影响到

金属和活性组分前驱体之间的作用力

影响到后续产物的沉积的过程

一定要注意到的一点

就是采用浸渍法制备催化剂

采用等体积法很多时候

认为是没法重现出文献的结果

这时候就要去看非常重要的细节

就是如果你想要载体

你的体系是比较弱的作用力

这种干燥后续的影响

实际上是非常非常明显的

这也是在实验的研究过程中

比较容易忽略的细节

另外刚才说了如果这种载体是有多孔载体

而且孔径非常不均匀

这个时候就会出现刚才说的这个效果

大孔的一边蒸发

一边的受毛细管力作用力向小孔

这个时候如果浸渍液浓度比较低的时候

就会存在 渗透到小孔里面

它的分布就会不均匀

这个时候就要采用快速干燥的方法

那同时如果浸渍液浓度比较高的时候

它活性组分反而会比较均匀 大孔比较饱和

给大家讲这个实际上是为了

提醒大家在前面讲过

传统的介孔分子筛和介孔纳米材料

介孔堆积氧化硅

实际上可以考虑到是否存在干燥处理条件

说介孔分子筛有规则的介孔结构

它在蒸发中

可能受毛细管力作用的效果就不如传统的那种

颗粒之间堆积这种不规则的介孔可能会影响会小一点

这样如果选择对比的时候

我们在干燥条件

可能选择不一样可能会得到不同的负载量

也是很有意思的现象

最后给大家总结一下就是除了干燥的速度

干燥的湿度以外

载体本身的孔径分布

还有负载量是影响前驱体再分散的结果

特别是孔径分布

这也是为在催化剂制备过程中

特别浸渍法制备催化剂的时候

工业催化剂都有特定孔容孔径的要求

实际上是为了保证在后面的干燥

后面的焙烧过程中

活性组分不要出现再分散的过程

除了这种情况前面都讲了简单情况

只有 单金属活性组分对于多种活性组分

特别采用这种浸渍方法

就要考虑到有可能不同的组分

它会发生不同的运动的程度

比如说有的溶解度比较大

有的是扩散系数比较大

这个时候话有可能开始是均匀的多组分体系

可能由于干燥过程可能会出现不均匀

比如说如果是吸附强度不一样

扩散速度不一样

吸附强扩散慢

肯定就是沉淀出来就只有分布

吸附弱扩散快肯定是

外部或内部的小孔中

这样就会出现组分的分层

这种情况那肯定是不想出现的

为避免这样情况

对这种情况下一般做的是有多次分步浸渍

这是为什么有些时候要前面讲了

浸渍法要采用多次分步浸渍的

这里给大家再强调多次分步一般采用的是

分次的浸渍 干燥焙烧

在进一步的在浸渍 干燥 焙烧主要是运用

它的确要考虑到

各个组分之间的溶解度的差异作用

另外要注意的一点干燥完的催化剂

如果放在潮湿环境下会再溶解

这个时候要求实验催化剂里面制备

催化剂干燥完以后就马上进行焙烧

生成哪怕是催化剂的另外前驱体也好

总比在干燥后的效果会比较好点

焙烧实际上就是最重要的作用

就是前面 催化剂

之前跟你们说过的就是再分散上也是单层分散的原理

这个是在做负载型催化剂的时候

一定要注意的过程就是干燥完以后

一定要马上进行焙烧处理的过程