Raney nickel / reɪniː nɪkəl /, còn gọi là niken xốp, ] là một chất rắn nhỏ được làm từ niken-nhôm. Nhiều loại được biết đến, nhưng hầu hết là chất rắn màu xám. Một số là chất gây cháy, phần lớn được sử dụng như chất ổn định không khí ổn định. Nickel Raney được sử dụng làm chất phản ứng và là một chất xúc tác trong hóa học hữu cơ. Nó đã được phát triển vào năm 1926 bởi kỹ sư người Mỹ Murray Raney cho việc hydro hóa dầu thực vật.
Danh mục
Vì Raney là thương hiệu đã đăng ký của W. R. Grace và Công ty nên chỉ những sản phẩm của Grace Division được gọi là “niken Raney”. Các khái niệm chung chung hơn là “chất xúc tác xương” hoặc “chất xúc tác kim loại xốp” có thể được dùng để chỉ các chất xúc tác có đặc tính vật lý và hóa học giống như của niken Raney. Tuy nhiên, vì chính công ty Grace không sử dụng bất kỳ tên chung nào cho các chất xúc tác mà họ cung cấp, “Raney” có thể trở nên chung chung theo luật nhãn hiệu của Mỹ.
Chuẩn bị
Chuẩn bị hợp kim
Shiny kim loại có thể với nhãn nguy hiểm.
Niken Raney là chất gây nổ và phải được chăm sóc cẩn thận. Container vận chuyển này được làm đầy bằng Vermiculite để bảo vệ chai bên trong.
Hợp kim Ni-Al được chuẩn bị bằng cách hòa tan niken trong nhôm nóng chảy và sau đó làm lạnh (“làm nguội”). Tùy thuộc vào tỷ lệ Ni: Al, việc làm nguội tạo ra một số giai đoạn khác nhau. Trong quá trình làm nguội, một lượng nhỏ kim loại thứ ba, chẳng hạn như kẽm hoặc crom, được thêm vào để tăng cường hoạt tính của chất xúc tác. Kim loại thứ ba này được gọi là “promoter” . Promoter thay đổi hỗn hợp từ hợp kim nhị phân sang hợp kim ternary, có thể dẫn đến các tính chất làm nguội và tẩy rửa khác nhau trong quá trình hoạt hóa
Kích hoạt
Trong quá trình kích hoạt, hợp kim, thường là bột mịn, được xử lý bằng dung dịch natri hydroxyd tập trung Phản ứng ức chế đơn giản được cho bởi phương trình hóa học sau:
Sự hình thành natri aluminat (Na (Al (OH) 4) đòi hỏi phải sử dụng các dung dịch có hàm lượng natri hydroxit cao để tránh sự hình thành của hydroxit nhôm, nếu không thì sẽ kết tủa như bayerit Do đó các dung dịch natri hydroxit với nồng độ lên đến 5 M được sử dụng.
Nhiệt độ được sử dụng để làm chảy hợp kim có một ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của chất xúc tác. Thông thường, sự rửa trôi được tiến hành từ 70 đến 100 ° C. Diện tích bề mặt niken Raney (và các chất xúc tác liên quan nói chung) có xu hướng giảm với nhiệt độ tăng lên. Điều này là do sự sắp xếp lại cấu trúc trong hợp kim có thể được coi là tương tự như sự thiêu kết, trong đó các dây chằng hợp kim sẽ bắt đầu dính chặt với nhau ở nhiệt độ cao hơn dẫn đến sự mất mát cấu trúc xốp.
Trong quá trình kích hoạt, Al được lọc ra khỏi các pha NiAl3 và Ni2Al3 có trong hợp kim, trong khi phần lớn Al còn lại, dưới dạng NiAl. Việc loại bỏ Al từ một số giai đoạn nhưng không phải là những người khác được gọi là “lọc lọc”. Giai đoạn NiAl đã cho thấy sự ổn định cấu trúc và nhiệt độ của chất xúc tác. Kết quả là, chất xúc tác là khá kháng với phân hủy (“phá vỡ”, thường được gọi là “lão hóa”) . Điện trở này cho phép Nickel Raney được lưu trữ và sử dụng lại trong một khoảng thời gian dài; tuy nhiên, các chế phẩm tươi thường được ưu tiên sử dụng trong phòng thí nghiệm . Vì lý do này, niken thương mại Raney có sẵn trong cả hai dạng “hoạt động” và “không hoạt động”.
Trước khi bảo quản, chất xúc tác có thể được rửa bằng nước cất ở nhiệt độ môi trường xung quanh để loại bỏ aluminat natri còn lại. Nước khử oxy (nước khử khí) được ưu tiên sử dụng để bảo quản để tránh quá trình oxy hóa chất xúc tác, làm tăng quá trình lão hóa và dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác
Thuộc tính
Biểu đồ nhiệt độ so với khối lượng niken trong nhôm, cho thấy các vùng ổn định của các pha AlNi, Al3Ni, AlNi3 và Al3Ni2 khác nhau
Sơ đồ pha của hệ thống Ni-Al, hiển thị các giai đoạn có liên quan
SEM của chất xúc tác nickel Raney trong đó các tinh thể từ 1-50μm được nhìn thấy.
Sự gần gũi của niken Raney. Các vết nứt nhỏ có chiều rộng khoảng 1-100 nm được nhìn thấy trong các tinh thể, gây ra diện tích bề mặt gia tăng.
Macroscopically, niken Raney là một bột màu xám được phân chia. Kính hiển vi, mỗi hạt của bột này là một lưới ba chiều, với các lỗ có kích thước bất thường và hình dạng mà phần lớn được tạo ra trong quá trình rửa. Nickel Raney nổi bật là có tính ổn định nhiệt và cấu trúc, cũng như có diện tích bề mặt lớn của BET (Brunauer-Emmett-Teller). Các tính chất này là một kết quả trực tiếp của quá trình kích hoạt và đóng góp vào một hoạt động xúc tác tương đối cao.
Khu vực bề mặt thường được xác định thông qua một phép đo BET sử dụng một khí sẽ được hấp thụ ưu tiên trên bề mặt kim loại, như là hydro. Sử dụng loại đo lường này, gần như tất cả các vùng tiếp xúc trong một hạt của chất xúc tác đã được hiển thị có Ni trên bề mặt của nó. Vì Ni là kim loại hoạt động của chất xúc tác nên một diện tích bề mặt Ni lớn hàm ý một bề mặt lớn có sẵn để phản ứng xảy ra đồng thời, được phản ánh trong hoạt động xúc tác tăng lên. Bán thành phẩm Niken Raney có diện tích bề mặt Ni trung bình là 100 m2 trên mỗi gam chất xúc tác.
Một hoạt tính xúc tác cao, cùng với thực tế là hydro được hấp thụ trong các lỗ của chất xúc tác trong quá trình hoạt hóa, làm cho niken Raney trở thành chất xúc tác hữu ích cho nhiều phản ứng hydro. Sự ổn định về cấu trúc và nhiệt độ của nó (tức là nó không phân hủy ở nhiệt độ cao) cho phép sử dụng trong một phạm vi rộng các điều kiện phản ứng. Ngoài ra, độ tan của niken Raney không đáng kể trong các dung môi thông dụng nhất trong phòng thí nghiệm, ngoại trừ các axit vô cơ như axit clohiđric và mật độ tương đối cao (khoảng 6,5 g cm-3) cũng tạo điều kiện tách nó ra khỏi pha lỏng sau khi một phản ứng được hoàn thành.