Пористая структура контактных масс

Пористая структура является одной из основных характеристик катализаторов. Как правило, твердые катализаторы пронизаны лабиринтам пор, которые образуют внутреннюю поверхность, составляющую десятки и сотни квадратных метров на грамм катализатора.

Пористая структура катализатора включает в себя ряд характеристик: радиус пор г, их объем о и поверхность S.

Большинство адсорбентов и катализаторов по характеру их пористой структуры можно разделить на два типа:

  • - губчатой структуры;
  • - ксерогели (глобулярной, корпускулярной структуры).

Катализатор губчатой структуры представляет собой сплошное

твердое тело, пронизанное конусными, цилиндрическими и бутылкообразными порами, образовавшимися при выделении из этого тела летучих или растворимых продуктов в результате сушки или обработки агрессивными жидкостями и газами (выщелачивание, обжиг и т.д.).

Пористая структура ксерогелей описывается глобулярной (или корпускулярной) моделью, согласно которой твердое вещество состоит из соприкасающихся или сросшихся частиц, поры представляют собой пустоты между ними.

Благодаря успехам электронной микроскопии было установлено, что большинство катализаторов имеют глобулярное (корпускулярное) строение. В глобулярных системах определяющими являются два главных параметра: размер глобул и плотность упаковки. Их изменения определяют наблюдаемое многообразие пористых структур. Измеряемые характеристики пористого тела (удельная поверхность, объем и размер пор), а также различные свойства (адсорбционные, диффузионные, механические и др.) являются функцией этих двух параметров.

Плотность упаковки численно выражают пористостью - долей объема пор в общем объеме пористого тела

где ц,1ь - объем пор и глобул соответственно.

Пористые катализаторы классифицируются не только по характеру их пористой структуры (по геометрии пор), но и по размерам пор.

Выделяют пористые тела:

  • - с микропорами, их размер до 2 нм;
  • - с мезопорами, их размер 2-50 нм;
  • - с макропорами, их размер больше 50 нм.

Формирование пористой структуры катализаторов. Пористость катализаторов формируют различными способами в зависимости от типа структуры, которую необходимо получить (губчатая или глобулярная).

При формировании губчатой пористой структуры, об этом мы говорили вначале: сплошное твердое тело подвергают обработке агрессивными жидкостями или газами, затем обжигу. В результате этого из тела выделяются летучие или растворимые продукты с образованием пор.

Глобулярные структуры образованы частицами, расположенными определенным образом. Проблема получения катализатора с заданной пористостью может быть сведена к образованию первичных частиц нужного размера, упакованных определенным способом. Формирование частиц нужного размера и их определенная упаковка осуществляется на той стадии приготовления катализатора, когда исходные компоненты находятся в подвижном состоянии (растворы, расплавы, золи). Например, изменением концентрации и pH растворов, золей можно регулировать размер глобул и пор: при низких значениях pH получают высокоразвитые поверхности (глобулы небольшого размера); при увеличении pH - глобулы коагулируют в агрегаты, что обуславливает снижение пористости.

Существует ряд методов модифицирования (изменения) сформированной глобулярной пористой структуры:

  • - метод геометрического модифицирования приводит к росту частиц, сглаживанию их поверхности и получению весьма однородных пор. Это достигается при обработке паром и прокаливании. При прокаливании (например, алюмосиликатов) удельная поверхность катализатора сокращается пропорционально уменьшению объема пор. При обработке паром объем пор уменьшается медленнее, чем удельная поверхность катализатора и размеры пор резко увеличиваются;
  • - метод физико-химической модификации макроструктуры носителей заключается в пропитке носителя раствором химического модификатора (соли ванадия, соли фосфорной кислоты) с последующим прокаливанием этого носителя при определенной температуре в течение определенного времени. В результате этого происходит трансформация макроструктуры носителя (изменяется его пористость). Причем структурные преобразования необратимы, т.е. на модифицированный носитель затем можно наносить необходимый катализатор.

Таким образом, известные механизмы формирования и модификации макроструктуры носителей и катализаторов способствуют сознательному поиску путей управления структурой катализаторов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >