레니 니켈

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레니 니켈 1. 개요: 레니 니켈은 겉보기에는 작은 회색 분말처럼 보이지만, 현미경적으로 보면 이 분말의 각각의 입자들은 입체적인 다공 구조를 가지고 있습니다. 이러한 다공 구조 덕분에 표면적이 **증가하게 되며, 넓어진 표면적은 매우 높은 촉매 활성을 가져옵니다. 바로 이 점 때문에 레니 니켈은 이상 촉매로서 유기 합성 및 산업적 수소화 반응에서 널리 사용됩니다.“레니”는 그레이스 화학회사의 등록 상표이기 때문에, 엄밀히 말하면 오직 이 회사의 데이비슨 화학 부서에서 생산된 제품만이 “레니 니켈”이라고 불릴 수 있습니다.한편, “금속 골격 촉매” 또는 “스폰지-금속 촉매”는 미세한 구조를 가지며, 물리적·화학적 특성이 레니 니켈과 유사한 촉매를 지칭하는 데 사용됩니다. 2、제조 상업적으로 레니니켈을 생산하는 데 필요한 니켈-알루미늄 합금은 용광로에서 촉매 활성을 가진 금속(니켈, 철 또는 구리)과 알루미늄을 융합시켜 얻은 용융물을 빠르게 냉각시킨 다음, 균일한 미세 입자로 분쇄하여 만듭니다.합금 성분의 설계 시 두 가지 요소를 고려해야 합니다.첫째는 합금 내 니켈과 알루미늄의 비율입니다. 니켈과 알루미늄의 비율이 변하면서 quenching 과정에서 서로 다른 니켈/알루미늄 상들이 생성되며, 이들은 각기 다른 용해 특성을 가집니다. 이로 인해 최종 제품의 다공성 구조도 크게 달라질 수 있습니다.일반적으로 동일한 질량의 니켈과 알루미늄을 사용하여 융합합니다.둘째는 세 번째 금속을 첨가하는 비율입니다.quenching 과정에서 때때로 아연, 크롬과 같은 소량의 세 번째 금속이 첨가됩니다.이들의 첨가는 합금의 조성과 상도를 변화시켜 서로 다른 용출 특성을 유발하고, 이로 인해 더 높은 촉매 활성성을 가져오므로 “촉진제”라고 불린다. 니켈-알루미늄 상도는 침출 반응과 밀접한 관련이 있는 NiAl3, Ni2Al3, NiAl 상들을 표시하고 있습니다. 3. 활성화: 레니니켈의 높은 촉매 활성은 니켈 자체의 촉매 특성과 그 다공성 구조에서 비롯됩니다. 이러한 다공성 구조는 진한 수산화나트륨 용액을 사용하여 니켈-알루미늄 합금에서 알루미늄을 제거하는 과정을 통해 만들어집니다. 이 과정을 침출이라고 하며, 간단히 표현하면 다음과 같습니다: 2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na + 3H2. 침출 반응을 통해 촉매의 활성이 생기고, 동시에 생성된 수소가 촉매 내부에 저장되므로 이를 활성화라고도 합니다.완제품의 표면적은 일반적으로 수소와 같은 기체의 흡착 실험을 통해 측정됩니다.실험 결과 거의 모든 접촉 면적에 니켈이 존재하는 것으로 나타났습니다.상업화된 레니 니켈의 평균 니켈 접촉 면적은 100/g입니다.용출 반응의 결과에 영향을 미치는 주요 요인은 세 가지가 있으며, 그것은 합금의 조성, 사용되는 수산화나트륨의 농도, 그리고 용출 반응의 온도입니다. 앞서 언급했듯이, 합금에는 다양한 니켈-알루미늄 상들이 포함되어 있습니다. 침출 과정에서 NiAl3와 Ni2Al3 상에 포함된 알루미늄은 먼저 반응하여 사라지지만, NiAl 상에 포함된 알루미늄은 반응 속도가 느려서, 침출 시간을 조절함으로써 그 알루미늄을 남겨둘 수 있습니다. 이것이 바로 ‘선택적 침출’이라고 불리는 이유입니다.전형적인 활성화 레니 니켈에서는 니켈이 질량의 85%를 차지하므로, 원자의 2/3가 니켈임을 의미합니다.남아 있는 NiAl 상의 알루미늄은 이러한 다공성 구조를 유지하는 데 도움을 주어, 촉매에 구조적 안정성과 열적 안정성을 부여한다. 추출 반응에 사용되는 수산화나트륨의 농도는 상당히 높아야 하며, 일반적으로 5몰/리터 정도가 필요합니다. 이렇게 해야만 알루미늄을 물에 용해되는 수산화알루미늄(Na)으로 빠르게 전환시킬 수 있으며, 수산화알루미늄 침전물이 생기는 것을 방지할 수 있습니다.수소산화알루미늄의 침전물이 생기면, 이 침전물들이 이미 형성된 구멍들을 막아버려서 나머지 수소산화나트륨 용액이 합금 속으로 들어가는 것을 방해합니다. 그 결과, 남아 있는 알루미늄은 반응하기가 더 어려워집니다.이로 인해 제품의 다공성 구조의 표면적이 줄어들어 촉매 활성이 감소합니다. 추출 과정에서 점차 형성되는 다공성 구조는 표면적을 줄이려는 강한 경향을 가지며, 구조가 재배열되어 공극벽들이 서로 결합함으로써 다공성 구조가 파괴된다.온도가 상승하면 원자들의 움직임이 빨라지고, 구조의 재배열이 더욱 촉진됩니다. 그래서 레니니켈의 표면적과 촉매 활성도는 용출 반응 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 반면, 용출 온도가 너무 낮으면 용출 반응 속도가 너무 느려집니다. 따라서 일반적으로 사용되는 용출 반응 온도는 70~100도 섭씨 사이입니다.