レニニッケル

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レニーニッケル 1、概要：レニーニッケルは表面が細かい灰色の粉末のように見えますが、微視的な観点から見ると、この粉末を構成する各微小粒子は立体的な多孔質構造を持っています。この多孔質構造により表面積が**増加し、非常に大きな表面積が高い触媒活性をもたらします。そのため、レニーニッケルは異相触媒として、有機合成や工業的な水素化反応で広く利用されています。「レニー」はグレイスケミカルズ社の登録商標であるため、厳密に言えば、同社のデイビッソンケミカル部門が製造する製品のみが「レニーニッケル」と呼ばれる。一方、「金属骨格触媒」または「スポンジ型金属触媒」とは、微細な多孔構造を持ち、物理的・化学的性質がレニーニッケルに類似する触媒を指す言葉である。 2、製造 法的には、レニーニッケルを製造するためのニッケルアルミ合金は、炉内で触媒活性を持つ金属（ニッケル、鉄、または銅）とアルミニウムを溶融させて得られた溶融物を急冷し、その後粉砕して均一な微細粒子にすることによって作られる。合金の成分設計においては、2つの要因を考慮する必要がある。一つ目は、合金中のニッケルとアルミニウムの組成比です。ニッケルとアルミニウムの比率が変わるにつれて、焼入れの過程で異なるニッケル/アルミニウム相が生成され、これらは異なる浸出特性を持ちます。その結果、最終製品の多孔質構造が大きく異なってしまう可能性があります。通常は、同等の質量のニッケルとアルミニウムを用いて溶接する。二つ目は、第三の金属を加える割合です。焼入れの過程で、時々亜鉛やクロムなどの少量の第3の金属が添加されることがあります。これらの添加により合金の組成や相図が変化し、異なる浸出特性がもたらされることでより高い触媒活性が得られるため、「促進剤」と呼ばれている。 ニッケル－アルミニウム相図には、浸出反応と密接に関連するNiAl3、Ni2Al3、およびNiAl相が示されている。 3、活性化　レニーニッケルの高い触媒活性は、ニッケル自体の触媒特性とその多孔質構造に起因しており、この多孔質構造は濃い水酸化ナトリウム溶液を用いてニッケル合金からアルミニウムを除去することによって生じる。このプロセスは浸出と呼ばれ、簡略化された浸出反応は次の通りである：2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2。浸出反応によって触媒の活性がもたらされ、同時に生成した水素が触媒内に蓄えられるため、これも活性化と呼ばれる。完成品の表面積は、通常、ガス（例えば水素）の吸着実験によって測定される。実験の結果、ほぼすべての接触面にニッケルが存在していることがわかった。商業化されているレニニッケルの平均ニッケル接触面積は100/gです。浸出反応の結果に影響を与える主な要因は3つあり、それらは合金の組成、使用する水酸化ナトリウムの濃度、そして浸出反応の温度です。 前述の通り、合金には多種多様なニッケルアルミニウム相が含まれており、浸出過程においてはNiAl3相およびNi2Al3相に含まれるアルミニウムがまず反応して消費される。一方、NiAl相に含まれるアルミニウムの反応は遅く、浸出時間を調整することで残すことができる。これが「選択的浸出」と呼ばれる理由である。典型的な活性化レニーニッケルでは、ニッケルが質量の85％を占めており、これは原子の3分の2がニッケルであることを意味する。残存するNiAl相中のアルミニウムは、この多孔質な構造を維持するのに役立ち、触媒に構造的安定性と熱的安定性をもたらす。 浸出反応に用いる水酸化ナトリウムの濃度は比較的高く、一般的には5モル/リットル程度が必要であり、これによってアルミニウムを速やかに水に溶ける水酸化ナトリウムアルミニウム（Na）に変換し、水酸化アルミニウムの沈殿が生じるのを防ぐことができる。水酸化アルミニウムの沈殿が生成すると、その沈殿が既にできている孔を塞ぎ、残りの水酸化ナトリウム溶液が合金内に入る道を遮断するため、残っているアルミニウムが反応しにくくなる。これにより、製品の多孔質構造の表面積が小さくなり、触媒活性が低下する。 浸出過程で徐々に形成される多孔質構造は、表面積を著しく縮小させる傾向があり、構造の再配列が起こり孔壁同士が結合して、多孔質構造が破壊される。また、温度が上昇すると原子の動きが速くなり、構造の再配列が促進されるため、レニーニッケルの表面積と触媒活性は浸出反応の温度が上がるにつれて低下する。一方、浸出温度が低すぎると浸出反応の速度が遅くなりすぎるため、一般的に用いられる浸出反応の温度は70度から100度の間である。