常用的工業(yè)催化劑的制備方法有哪些?各自的有缺點及適用場合是什么?

【專家解說】：制造催化劑的每一種方法，實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便，人們把其中關鍵而具特色的操作單元的名稱定為制造方法的名稱。傳統(tǒng)的方法有機械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法）、離子交換法等，近十年來發(fā)展的新方法有化學鍵合法、纖維化法等。 1．機械混合法 將兩種以上的物質加入混合設備內混合。此法簡單易行，例如轉化-吸收型脫硫劑的制造,是將活性組分（如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅）與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續(xù)加入一個可調節(jié)轉速和傾斜度的轉盤中，同時噴入計量的水。粉料滾動混合粘結,形成均勻直徑的球體,此球體再經干燥、焙燒即為成品。乙苯脫氫制苯乙烯的Fe-Cr-K-O催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒制成的。利用此法時應重視粉料的粒度和物理性質。 2．沉淀法 此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在制造多組分催化劑時，適宜的沉淀條件對于保證產物組成的均勻性和制造優(yōu)質催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑（如碳酸鈉、氫氧化鈣），經沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化)，即得最終產品。如果在沉淀桶內放入不溶物質（如硅藻土），使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質上沉淀，則稱為附著沉淀法。沉淀法需要高效的過濾洗滌設備，以節(jié)約水，避免漏料損失。 3．浸漬法 將具有高孔隙率的載體（如硅藻土、氧化鋁、活性炭等）浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中，保持一定的溫度，溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝干，經干燥、煅燒，載體內表面上即附著一層所需的固態(tài)金屬氧化物或其鹽類(圖1)。浸漬法可使催化活性組分高度分散,并均勻分布在載體表面上,在催化過程中得到充分利用。制備含貴金屬（如鉑、金、鋨、銥等）的催化劑常用此法，其金屬含量通常在 1％以下。制備價格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法，其所用載體多數已成型，故載體的形狀即催化劑的形狀。另有一種方法是將球狀載體裝入可調速的轉鼓(圖2)內，然后噴入含活性組分的溶液或漿料，使之浸入載體中，或涂覆于載體表面。 4．噴霧蒸干法 用于制顆粒直徑為數十微米至數百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造，先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧干燥器內，經噴頭霧化后，水分在熱氣流作用下蒸干，物料形成微球催化劑，從噴霧干燥器底部連續(xù)引出。 5．熱熔融法 熱熔融法是制備某些催化劑的特殊方法，適用于少數不得不經過熔煉過程的催化劑，為的是借助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分布的混合物，配合必要的后續(xù)加工，可制得性能優(yōu)異的催化劑。這類催化劑常有高的強度、活性、熱穩(wěn)定性和很長的使用壽命。主要用于制造氨合成所用的鐵催化劑。將精選磁鐵礦與有關的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分，然后在反應器中還原。 6．浸溶法 從多組分體系中，用適當的液態(tài)藥劑（或水）抽去部分物質，制成具有多孔結構的催化劑。例如骨架鎳催化劑的制造,將定量的鎳和鋁在電爐內熔融,熔料冷卻后成為合金。將合金破碎成小顆粒，用氫氧化鈉水溶液浸泡，大部分鋁被溶出（生成偏鋁酸鈉），即形成多孔的高活性骨架鎳。 7．離子交換法 某些晶體物質（如合成沸石分子篩）的金屬陽離子（如Na）可與其他陽離子交換。 將其投入含有其他金屬（如稀土族元素和某些貴金屬）離子的溶液中，在控制的濃度、溫度、pH條件下，使其他金屬離子與 Na進行交換。由于離子交換反應發(fā)生在交換劑表面，可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態(tài)分散在有限的交換基團上，從而得到充分利用。此法常用于制備裂化催化劑，如稀土-分子篩催化劑。 8．發(fā)展中的新方法 ①化學鍵合法。近十年來此法大量用于制造聚合催化劑。其目的是使均相催化劑固態(tài)化。能與過渡金屬絡合物化學鍵合的載體，表面有某些官能團(或經化學處理后接上官能團)，如-X、-CH2X、-OH基團。將這類載體與膦、胂或胺反應，使之膦化、胂化或胺化,然后利用表面上磷、砷或氮原子的孤電子對與過渡金屬絡合物中心金屬離子進行配位絡合，即可制得化學鍵合的固相催化劑，如丙烯本體液相聚合用的載體——齊格勒－納塔催化劑的制造。②纖維化法。用于含貴金屬的載體催化劑的制造。如將硼硅酸鹽拉制成玻璃纖維絲，用濃鹽酸溶液腐蝕，變成多孔玻璃纖維載體，再用氯鉑酸溶液浸漬，使其載以鉑組分。根據實用情況，將纖維催化劑壓制成各種形狀和所需的緊密程度，如用于汽車排氣氧化的催化劑，可壓緊在一個短的圓管內。如果不是氧化過程，也可用碳纖維。纖維催化劑的制造工藝較復雜，成本高。