浸漬法

以浸漬為關鍵和特殊步驟製造催化劑的方法稱浸漬法，也是目的催化劑工業生產中廣泛應用的一種方法。浸漬法是基於活性組分（含助催化劑），以鹽溶液形態浸漬列多孔載體上並滲透列內表面，而形成高效催化劑的原理。通常將含有活性物質的液體去浸各類載體，當浸漬平衡后，去掉剩餘液體，再進行與沉澱法相同的乾燥、焙燒、活化等工序后處理。經乾燥，將水分蒸發逸出，可使活性組分的鹽類遺留在載體的內表面上，這些金屬和金屬氧化物的鹽類均勻分佈在載體的細孔中，經加熱分解及活化后，即得高度分散的載體催化劑。

活性溶液必須浸在載體上，常用的多孔性載體有氧化鋁、氧化硅、活性炭、硅酸鋁、硅藻土、浮石、石棉、陶土、氧化鎂、活性白土等，可以用粉狀的，也可以用成型后的顆粒狀的。氧化鋁和氧化硅這些氧化物載體，就像表面具有吸附性能的大多數活性炭一樣，很容易被水溶液浸濕。另外，毛細管作用力可確保液體被吸人到整個多孔結構中，甚至一端封閉的毛細管也將被填滿，而氣體在液體中的溶解則有助於過程的進行。但也有些載體難於浸濕，例如高度石墨化或沒有化學吸附氧的碳就是這樣，可用有機溶利或將載體在抽空下浸漬。

浸漬法的基本原理，一方面是因為固體的孔隙與液體接觸時，由於表面張力的作用而產生毛細管壓力，使液體滲透到毛細管內部；另一方面是活性組分在載體表面上的吸附。為了增加浸漬量或浸漬深度，有時可預先抽空載體內空氣，而使用真空浸漬法；提高浸漬液溫度（降低其粘度）和增加攪拌，效果相近。

浸漬法雖然操作很簡單，但是在製備過程中也常遇到許多複雜的問題。如在催化劑乾燥時，有時因催化活性物質向外表面的移動而使部分內表面活性物質的濃度降低，甚至載體未被覆蓋。

浸漬法具有下列優點。第一，可以用即成外形與尺寸的載體，省去催化劑成型的步驟。目前國內外均有市售的各種催化劑載體供應。第二，可選擇合適的載體，提供催化劑所需物理結構特性，如比表面、孔半徑、機械強度、導熱率等。第三，附載組分多數情況下僅僅分佈在載體表面上，利用率高，用量少，成本低，這對鉑、鈀、銥等貴金屬催化劑特別重要。正因為如此，浸漬法可以說是一種簡單易行而且經濟的方法，廣泛用於製備附載型催化劑，尤其是低含量的貴金屬附載型催化劑。其缺點是其焙燒分解工序常產生廢氣污染。

常用的多孔載體有氧化鋁、氧化硅、活性炭、硅酸鋁、硅藻土、浮石、石棉、陶土、氧化鎂、活性白土等。根據催化劑用途可以用粉狀的載體，也可以用成型后的顆粒狀載體。

所謂的過量浸漬法就是浸漬溶液（濃度x%）的體積大於載體。該過程是活性組分在載體上的負載達到吸附平衡后，再濾掉（而不是蒸發掉）多餘的溶液，此時活性組分的負載量需要重新測定。該方法的優點是活性組分分散比較均勻，並且吸附量能達到最大值（相對於濃度為x%時），當然這也是它到缺點——不能控制活性組分的負載量，很多時候並不是負載量越大活性越好，負載量過多離子也容易聚集。

等體積浸漬就是載體的體積（一般情況下是指孔體積）和浸漬液的體積一致，浸漬液剛好能完全進入到孔裡面。該方法的特點與過量浸漬法相反：活性組分的分散度很差，有的地方顆粒小，有的地方顆粒則很大（因為載體倒入時有前後順序，先與溶液接觸的載體全吸附更多的活性相）；但是它能比較方便地控制活性組分的負載量，並且負載量很容易計算出來。對顆粒大小要求不是很嚴的催化劑，該方法效果較好。

多次沒漬法即浸漬、乾燥、焙燒反覆進行數次。使用這種方法的原因有兩點：一是浸漬化合物的溶解度很小，一次浸漬不能得到足夠的負載量，需要重複浸漬多次；二是為避免多組分浸漬化合物各組分之間的競爭吸附，應將各組分按順序先後浸漬。每次浸漬后，必須進行乾燥和焙燒。該工藝過程複雜，除非上述特殊情況，應盡量少採用。

該法是在浸漬法的基礎上輔以均勻沉澱法發展起來的一種新方法，即在浸漬液中預先加入沉澱劑母體，待浸漬單元操作完成後，加熱升溫使沉澱組分沉積在載體表面上。此法可以用來製備比浸漬法分佈更均勻的金屬或金屬氧化物負載型催化劑。

浸漬法所用的主要設備為浸漬器和壓榨器，前者為中藥浸漬的盛器，後者用於擠壓藥渣中殘留的浸出液。

（1）浸漬器 工業生產中常用不鏽鋼罐、搪瓷罐，亦有採用陶瓷罐者。浸漬器下部有出液口，為防止中藥殘渣堵塞出口，應設有多孔的假底。假底上鋪濾布，供放置中藥和起濾過作用。浸漬器上部有蓋，以防止浸提溶劑揮發損失和防止異物污染。有時還在浸漬器上裝攪拌器以加速浸出效果。若容量較大，難以攪拌時，可在下端出口處裝離心泵，將下部浸出液通過離心泵反覆抽至浸漬器上端，起到攪拌作用。為了便於熱浸，有時在浸漬器內安裝加熱用蒸氣蛇管。

（2）壓榨器 浸漬法中，藥渣所吸附的藥液濃度總是和浸出液相同，浸出液的濃度愈高，由藥渣吸附浸液所引起的成分損失就愈大。除採用重浸漬法可以減少浸出成分的損失外，還可採用壓榨法，將藥渣的壓榨液與濾液合併，靜置，濾過後使用。小量生產時可用螺旋壓榨機，如圖所示。下圖是單螺旋壓榨機。

浸漬法可分為粉狀載體浸漬法和粒狀載體浸漬法兩種工藝，其特點可由流程圖看出。

粒狀載體浸漬法工藝如下圖所示。粒狀載體浸漬前通常先做成一定形狀，抽空載體後用溶液接觸載體，並加入適量的競爭吸附劑。也可將活性組分溶液噴射到轉動的容器中翻滾列載體上，然後可用過濾、傾析及離心等方法除去過剩溶液，粉狀載體浸漬法與粒狀載體浸漬法類似，但需增加壓片、擠條或成球等成形步驟，其流程見圖。浸漬的方法對催化劑的性能影響較大，粒狀載體浸漬時，催化劑表面結構取決於載體顆粒的表面結構，如比表面、孔隙率、孔徑大小等，催化反應速率不同，對催化劑表面結構的要求也不同。

沉積在催化劑載體的金屬的最終分散度取決於許多因素的相互作用，這些因素包括浸漬方法、吸附的強度，以吸留溶質形式存在的金屬化合物相比於吸附在孔壁上的物種的程度，以及加熱與千燥時發生的化學變化等。

雖然浸漬過程中，大多數金屬試劑都可以不同程度地吸附在載體上，但是吸附過程相當複雜，不同類型的吸附都可能發生，可以是金屬離子與含有羥基的表面吸附；也可以是含有鹼金屬及鹼土金屬離子的表面進行陽離子交換。載體的表面結構還可能因浸漬步驟不同加以改變，從而更改表面的吸附特性。這些在工藝實施過程中必須加以考慮。若載體遭受浸蝕，情況會更複雜，在高pH值下硅膠要受浸蝕，而高表面積的氧化鋁則無淪在過高或過低pH值下都要受浸蝕，在用酸性液體浸漬氧化鋁載體的過程中，部分氧化鋁會首先發生溶解，並隨著pH值的增高接著要發生沉澱，最好用緩衝劑來控制這個效應。

一般來說，若試劑有充分時間擴散，及副反應不為主的話，使用過量溶液的浸漬法可使吸附物基本上均勻沉澱。倘若最初的吸附不均勻，並且不強的話，即使載體小球離開溶液，擴散還要繼續，會使分佈更均勻。