نيكل رينيه

Thread Content

نيكل رينيه 1، مقدمة: يبدو نيكل رينيه على السطح كمسحوق رمادي دقيق، لكن من الناحية المجهرية، كل جزيء صغير في هذا المسحوق عبارة عن بنية متعددة الفجوات ثلاثية الأبعاد. تؤدي هذه البنية المتعددة الفجوات إلى زيادة مساحة السطح، وتؤدي المساحة السطحية الكبيرة إلى نشاط حفزي عالٍ جداً، ولذلك يُستخدم نيكل رينيه كمحفز غير متجانس على نطاق واسع في التفاعلات الهيدروجينية في التخليق العضوي والإنتاج الصناعي. نظرًا لأن “ريني” هو علامة تجارية مسجلة لشركة جريس كيميكالز، فإنه من الناحية الدقيقة، يمكن فقط للمنتجات التي تنتجها وحدة ديفيدسون كيميكالز التابعة لهذه الشركة أن تُسمى “نيكل ريني”. أما “المحفزات ذات الهيكل المعدني” أو “المحفزات الإسفنجية المعدنية”، فهي تُستخدم للإشارة إلى المحفزات التي تمتلك بنية مسامية دقيقة، ولها خصائص فيزيائية وكيميائية مشابهة لخصائص نيكل رينيه. 2. التحضير: تجاريًا، يتم الحصول على سبيكة النيكل والألومنيوم اللازمة لإنتاج نيكل ريني من خلال صهر المعادن ذات النشاط الحفاز (النيكل أو الحديد أو النحاس) مع الألومنيوم في فرن، ثم تبريد السائل الناتج بالتقسية، وبعد ذلك يتم طحنه إلى حبيبات دقيقة متجانسة. في تصميم مكونات السبيكة، يجب أخذ عاملين في الاعتبار. أولاً، نسبة تركيب النيكل والألومنيوم في السبيكة؛ فمع تغير هذه النسبة، يتكون أنواع مختلفة من مركبات النيكل/الألومنيوم أثناء عملية التقسية، ولهذه المركبات خصائص انحلال مختلفة، مما قد يؤدي إلى تكوين بنية مسامية مختلفة تمامًا في المنتج النهائي. عادةً ما يتم الاندماج باستخدام كميات متساوية من النيكل والألومنيوم. الثاني هو نسبة إضافة المعدن الثالث. أثناء عملية التقسية، يتم أحيانًا إضافة كمية صغيرة من معدن ثالث، مثل الزنك أو الكروم. إن إضافتها تغير تركيب السبيكة وخريطة الأطوار، مما يؤدي إلى خصائص استخلاص مختلفة، وبالتالي يزيد من النشاط الحفاز، ولذلك تُسمى “محفزات”. رسم بياني لمراحل النيكل والألومنيوم، يوضح مراحل NiAl3 وNi2Al3 وNiAl التي لها علاقة وثيقة بعملية الإخراج. ٣. التنشيط: يعود النشاط الكيميائي العالي لنيكل ريني إلى الخصائص الكيميائية للنيكل نفسه وإلى بنيته المسامية. أما البنية المسامية فهي ناتجة عن استخدام محلول كاوي من هيدروكسيد الصوديوم لإزالة الألومنيوم من سبيكة النيكل والألومنيوم، ويُطلق على هذه العملية اسم “الاستخلاص”. ويمكن تمثيل تفاعل الاستخلاص بالمعادلة التالية: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2. وبما أن تفاعل الاستخلاص يزيد من نشاط المحفز، فإن الهيدروجين الناتج يتراكم داخل المحفز، ولذلك يُطلق على هذه العملية أيضًا اسم “التنشيط”. يتم قياس المساحة السطحية للمنتج النهائي عادةً من خلال تجارب الامتصاص باستخدام غازات مثل الهيدروجين. أظهرت التجارب وجود النيكل في تقريباً كل المساحات المتلامسة. متوسط مساحة التلامس للنيكل في الريني نيكل المخصص للاستخدامات التجارية هو 100/غرام. هناك ثلاثة عوامل رئيسية تؤثر على نتائج عملية الإخراج، وهي تركيب السبيكة، وتركيز هيدروكسيد الصوديوم المستخدم، ودرجة حرارة عملية الإخراج. كما ذُكر سابقًا، يحتوي السبيكة على عدة أنواع من مركبات النيكل والألومنيوم. خلال عملية الإذابة، يتم تفاعل الألومنيوم الموجود في مركبات NiAl3 وNi2Al3 أولاً، بينما يتفاعل الألومنيوم الموجود في مركبات NiAl ببطء أكبر، ويمكن الحفاظ عليه عن طريق تعديل وقت الإذابة. ولهذا السبب يُطلق على هذه العملية اسم “الإذابة الانتقائية”. في النيكل المنشط التقليدي، يشكل النيكل 85% من الكتلة، وهذا يعني أن ثلثي الذرات هي من النيكل. يمكن للألومنيوم الموجود في الطور المتبقي من NiAl أن يساعد في الحفاظ على هذه البنية المسامية، مما يوفر استقرارًا لبنية العامل المحفز واستقرارًا حراريًا أيضًا. يجب أن تكون تركيز مادة هيدروكسيد الصوديوم المستخدمة في عملية الإذابة مرتفعة، حيث يجب أن تصل إلى 5 مول/لتر، وذلك لتحويل الألومنيوم بسرعة إلى كربونات الألومنيوم القابلة للذوبان في الماء، وبالتالي تجنب تكوّن راسبات هيدروكسيد الألومنيوم. بمجرد تكوّن راسب من أكسيد الألومنيوم، فإن هذا الراسب سيسد الثقوب الموجودة، مما يمنع باقي محلول هيدروكسيد الصوديوم من الوصول إلى السبيكة، وبالتالي يصبح من الصعب على الألومنيوم المتبقي أن يتفاعل. وهذا سيؤدي إلى انخفاض مساحة السطح في البنية المسامية للمنتج، مما يقلل من نشاطه الكاتاليتي. يمتلك الهيكل المسامي الذي يتشكل تدريجياً خلال عملية النخز ميلاً قوياً لتقليص مساحة سطحه، مما يؤدي إلى إعادة ترتيب الهيكل واندماج جدران الفجوات مع بعضها البعض، وبالتالي تدمير الهيكل المسامي. ويؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تسريع حركة الذرات، مما يزيد من احتمالية تغيير تركيب المادة. لذلك، فإن المساحة السطحية لنيكل ريني وقدرته على التحفيز ينخفضان مع ارتفاع درجة حرارة عملية الإخراج. أما إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فإن سرعة عملية الإخراج تصبح بطيئة للغاية. لذلك، فإن درجة الحرارة المستخدمة في عملية الإخراج تكون عادةً بين 70 و100 درجة مئوية.