15. Как готовятся скелетные металлические катализаторы?

Ni-Al – сплав готовится в соотношений 1:1. В муфельном пече в фарфорном стакане плавят алюминий (алюминиевая проволока, которая содержать 99,99% Al). Температура плавления алюминия 800°С, а никеля 2500°С. Но в лабораторной условий такая температура невозможо? Поэтому порошковый никель сыпется сверху и она плавится. Далее температуру доводят до 1200°С и оставляют на 4 часа. Расплавленный сплав сливает «пальчикообразные» формочки.

Далее этот сплав проходит через дробление и пропускание через сито. После этого добавляется 20% NaOH:

Ni-Al + NaOH → NaAlO₂ + H₂ + Ni-скелетный

Ni-скелетный надо держать под жидкостью, так как водород абсорбируется на поверхности Ni и происходит возгорания катализатора. Поэтому он называется «пирофорным».

Ni-скелетный используется в процессе гидрирование при 120 для получения маргарина. Однако, вместе продуктом выходит 60% никеля, которая является канцерогеном. Поэтому внесли Pt-Pd катализаторы, которые уменьшили содержание никеля до 4,6%.

Особую группу катализаторов составляют скелетные металлические катализаторы, из которых наиболее известен скелетный никелевый катализатор, или никель Ренея.

Общий принцип получения таких катализаторов заключается в вымывании из двухкомпонентного сплава подходящим реактивом неактивного компонента. Так, никель Ренея чаще всего получают выщелачиванием алюминия из измельченного никель-алюминиевого сплава (30-50% Ni) 20-40%-ным раствором гидроксида натрия. Вместо алюминиевого сплава никеля можно использовать кремниевый, магниевый или цинковый.

Во всех случаях никель получается в виде пирофорного кристаллического порошка, и поэтому его хранят под слоем спирта или воды. Он обладает высокой пористостью и большой удельной поверхностью. Свежеприготовленный катализатор содержит 25-100 мл/г водорода. Катализатор промотируется добавлением в сплав хрома, молибдена или кобальта в количестве 3-10% от массы никеля, введением солей благородных металлов. Например, введение в никель Ренея в виде добавок триэтиламина и PtCl₄ приводит к уменьшению продолжительности гидрирования бензальдегида в бензиловый спирт более чем в 20 раз.

Никель Ренея, а также другие скелетные катализаторы (Fe-, Co-, Cu-Ренея) – активные и универсальные катализаторы реакций гидрирования. Повышенная по сравнению с другими никелевыми катализаторами активность никеля Ренея проявляется преимущественно при гидрировании в мягких условиях. Например, ацетон легко гидрируется на скелетном никеле уже при 20⁰ С, тогда как на поверхностном катализаторе только при температуре около 100⁰ С

Скелетные катализаторы используют в процессах гидрирова­ния Сахаров, жиров, фурфурола, многоядерных хинонов и т. д. Кроме того, они являются составной частью электродов низко­температурных топливных элементов, предназначенных для пре­образования химической энергии в электрическую. Материалами для получения скелетных контактов служат двух - или многокомпонентные сплавы каталитически активных метал­лов с такими веществами, которые можно частично или полностью удалить при обработке растворами сильных электролитов, от­гонке в вакууме или других операциях, основанных на различии их физико-химических свойств. По мере удаления из сплава рас­творимых компонентов происходит перегруппировка атомов оста­ющегося металла в свойственную ему кристаллическую решетку. Так, при выщелачивании АІ из Ni—Аі-сплава атомы никеля пере­страиваются в кубическую гранецентрированную решетку. После удаления из сплава растворимого (например, в щелочи) компо­нента получается почти чистый активный металл в виде мельчай­шего порошка. К каталитически активным относятся пере­ходные металлы; к неактивным — сера, фосфор, алюминий, крем­ний, магний, цинк и ряд других веществ.

Температура выщелачивания, °С... . 50 80 100

Объем Н2, см3 на 1 г катализатора. . . 470 160—170 140