李志华1 姜萌2
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摘要：金属催化剂的定义为性状为金属类型，并以金属为主要活性成分的固态催化剂，一般而言，金属催化剂的成分包含贵金属或者钴、镍等的一些过渡性的金属元素，由于金属催化剂具备活性高，选择性多样化，稳定性强的特点，在化工，石油，化学，医学，新能源等领域，都有比较广泛的用途。本文从金属催化剂的类型以及特点入手，探讨金属催化剂的制备方式。
关键词：金属催化剂；过渡元素；制备方式
1 金属催化剂的分类
本文分类标准主要根据其金属活性成分是否需要载体来分类。其中，不需要载体的金属催化剂称为非负载型。
1.1非负载型金属催化剂
非负载型金属催化剂又可以细分为单金属、多金属与合金类。单金属催化剂指催化剂中的活性成分仅有单个金属，等多金属催化剂活性成分有两种以上的金属构成。金属催化剂的主要表现形式分为金属粉料，金属细片，金属丝网，金属骨架等，其中，骨架金属催化剂是将具备催化功能的金属与铝或者其他元素制备成合金，然后再使用NAOH溶液将其溶解掉，这类金属催化剂在化工上具有广阔的应用前景。
1.2 负载型催化剂
负载型金属催化剂是指金属的有效成分是需要载体来承载的催化剂，载体能够提高金属的催化活性，让最后完成的催化剂无论是在微粒孔结构，颗粒分散度，还是机械强度上都有比较明显的提升，基本上绝大部分的负载型金属催化剂都是先将金属制备成金属盐溶液，然后附着在载体上，利用沉淀法或者是热还原法制备而成，值得注意的是，使用这种方法制备催化剂，关键控制因素就是金属盐溶液的热处理和还原条件的创设。
2 金属催化剂制造的特点
催化剂制造的主要特点是：工艺和设备的多变性。催化剂的性能(催化活性、催化剂选择性、催化剂寿命等)对用户的经济效益有重大的影响，因而各催化过程所用催化剂更换频繁，这迫使催化剂制造工厂经常调整设备和工艺条件。目前，工业用催化剂有数百种，一些著名的催化剂厂通常有十多条生产线，能制造数十种催化剂，大部分设备布置在钢结构的多层平台上，以便于在制造工艺改变时调整各单元操作设备，或不同生产线的设备交叉组合。催化剂制造工艺的多变性，是其他化工产品生产中少见的。制造催化剂所用设备的材质是重要的，由于设备腐蚀污染物料,往往会严重影响产品的质量,对制造过程要加以严格控制，以保证对制造结品质的统一性。
3 金属催化剂的制造方法探析
金属催化剂的制备方法是由一道道冗长繁复的工序组合而成，为了方便区分，我们将其中比较有特色或者是特别繁复的工序独立出来命名，这样也更加方便我们理解各种方法的重点和特色。我国金属催化剂的制备发展已经经历过了数十年，比较常见的方法有沉淀法，热还原法，离子交换法，机械混合法，浸渍法，溶液蒸干法，沉淀法等。而经过多年的发展，我们也在不断研发新的制备方式，如化学键合成法，纤维化法。
3.1 机械混合法
机械混合法是又或者两种以上的原材料加入到特定的混合设备之中进行制备，这种方法的优势在于简单高效。是在工业生产过程中使用得也比较普遍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆诸如脱硫剂的制备，就是将金属氧化物与适量的粘结剂粉料倒入混合设备中，粉料在经过高速旋转会进行均匀伴匀，最终形成成分均匀的球体，球体进过风干煅烧之后即可得到成品脱硫剂，再利用这个方法进行金属氧化剂的制备时，原材料的颗粒直径物理性状将直接影响到成品的质量，因此在开始制作前，必须要对原材料的品质进行严格把控。
3.2 沉淀法
这种方法一般适用于制作分散度较高的金属催化剂，也都用于多金属催化剂的制备。在这带多金属催化剂的时候，为了控制成品的质量，需要多次调试适宜的沉淀条件以保证最终的产物能够均匀，稳定性好。利用沉淀法制制备金属催化剂的一般程序为：首先将多种金属制制成盐溶液，再加入沉淀剂（例如CaCO3，Ca(OH)2）等，过滤沉淀物，然后淘洗，干燥、活化之后，最终得到催化剂。使用这一方法必须要在过滤的设备上严格控制，尽可能的将所有粉料都过滤出来，防治遗漏，压缩成本。
3.3 浸渍法
这种方法主要用来制备需要载体的金属催化剂，首先准备具有金属活性成分的盐溶液，将表面存在丰富孔隙的载体倒入溶液中，使溶液和载体充分混合，载体孔隙内部附着一层均匀的金属盐溶液之后，迅速分离出来，经过干燥成型之后，得到最终的产品。这种方法的主要目的是易最少含量的金属获取最高效率的催化效果，成本低廉。在制备贵金属的催化时候一般都会采用这种办法，其金属含量可以控制到总含量的1%，由于金属是附着在载体上其作用的，因此载体的形态就是催化剂的形态。这种方法还有另外一个形式，就是将载体装入一个转鼓内，然后喷入含活性组分的溶液或浆料，使金属溶液浸入载体中，或涂覆于载体表面。
3.4 喷雾蒸干法
这种方法主要是用来制造颗粒直径极小的流化床用催化剂。如间二甲苯流化床氨化氧化制间二甲腈催化剂的制造，首先在设备内添加一定浓度的偏钒酸盐类物质以及铬盐物质，将其制备成水溶液并充分拌合，再与定量新制的硅凝胶混合,泵入喷雾干燥器内，经喷头雾化后，水分在热气流作用下蒸干，物料形成微球催化剂，从喷雾干燥器底部连续引出。
3.5热熔融法
这种方法主要是用来生产铁催化剂的，这种催化剂在合成氨的反应中运用得比较广。主要操作方式就是选精选磁铁矿，将其在高温环境下与其他原材料加热到熔融的状态，最终冷却、造型，通过还原反应成为催化剂。
3.6 浸溶法
一般用于制备多金属催化剂，首先要从多种金属的活性成分中，使用溶剂去掉去掉某些物质，使金属成为有孔隙的细胞结构，这种催化剂的反应面积更大并且催化效果更强，例如骨架镍就是这样生产的，首先在反应设备中添加一定比例的镍和铝，将其融化制成合金，再将合金制成金属粉料，使用NAOH溶液浸泡，铝在这样的环境下会与溶液直接反应掉，最终剩下的结构就只剩下镍。
4 金属催化剂制备的注意事项
金属催化剂的制备也有一些注意事项。首先我们选择一种金属催化剂的制备方式上，首先应该考虑到的是金属中的活性成分与反应物的分子间，是否存在适宜的空间有能量，是否利于人体反应的活化；其实我们应该考虑的是如何选取最合适的助催化剂以及相应的载体，最后我们应该根据金属催化剂的化学成分以及物理结构等方面选择制备工艺，严格控制制备过程中产生的可变因素，保证产品质量。另外值得注意的是，除了贵金属催化剂，还原态情况下的金属催化剂的化学性质都比较活泼，很容易被氧化，有的生产厂家甚至为了储存的方便性，索性直接把催化剂做成氧化状态出售，搭配其还原剂进行使用。因此我们要尽可能的保证金属催化剂的活性，选取最适合的储存方式。
5 结束语
综上所述，金属催化剂的制备方式如上所述，由于其活性高和稳定性强的特点，在工业领域上具有广泛的用途，我们应该积极探索，不断创新，不断引入新型技术与材料，吸收现有经验与优秀的制备方式，在金属催化剂制备领域有所创新，为工业领域的发展作出贡献。
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论文作者:李志华1,姜萌2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/26
标签：催化剂论文; 金属论文; 溶液论文; 载体论文; 活性论文; 成分论文; 设备论文; 《防护工程》2018年第32期论文;