雷尼鎳催化劑來源于鎳本身的催化性能及其多孔結構,多孔結構來源于用濃氫氧化鈉溶液從鎳鋁合金中脫除鋁。這個過程稱為浸出,簡化的浸出反應如下:
2Al2 NaOH6H2O2Na[Al(OH)4]3 H2
因為浸出反應帶來了催化劑的活性,產生的氫氣儲存在催化劑中,所以也叫活化。成品的表面積通常是通過氣體(如氫氣)的吸附實驗來測定的。發現鎳存在于幾乎所有的接觸區域。商業阮內鎳的平均鎳接觸面積是100米/克.[8] 。影響浸出反應結果的主要因素有三個。它們是合金的成分、所用氫氧化鈉的濃度和浸出反應的溫度。
如前所述,合金中有多種Ni-Al相。在浸出過程中,NiAl3和Ni2Al3相中所含的鋁首先反應出來,而NiAl相中所含的鋁反應較慢,可以通過調節浸出時間來保留,這就是為什么稱之為“選擇性浸出”。在典型的活化阮內鎳中,鎳占質量的85%,這意味著2/3的原子是鎳。剩余NiAl相中的鋁可以幫助保持這種多孔結構,為催化劑提供結構穩定性和熱穩定性。
溶出反應中使用的氫氧化鈉濃度應相對較高,一般可達5 mol/L,使鋁快速轉化為水溶性的鋁酸鈉(Na[Al(OH)4]),避免氫氧化鋁的析出。氫氧化鋁一旦發生沉淀,沉淀會堵塞形成的孔洞,阻止剩余的氫氧化鈉溶液進入合金的路徑,使剩余的鋁難以反應。這將導致產品多孔結構的表面積變小,催化活性降低。
在浸出過程中逐漸形成的多孔結構具有減小其表面積的強烈趨勢,導致結構重排和孔壁結合,從而導致多孔結構的破壞。而溫度的升高會加速原子的運動,增加結構重排的趨勢,所以雷尼鎳的比表面積和催化活性會隨著浸出反應溫度的升高而降低。如果浸出溫度很低,浸出反應速度會太慢,所以常見的浸出反應溫度在70-100攝氏度之間。
雷尼鎳催化劑用途:雷尼鎳催化劑主要用于基本有機化學品的催化加氫反應。雷尼鎳催化劑可用于有機碳氫鍵的氫化、碳氮鍵的氫化、亞硝基化合物和硝基化合物的氫化;用氧化偶氮化合物、亞胺、胺和二芐基疊氮化物氫化也可用于脫水反應、環化反應、縮合反應等。典型的應用是葡萄糖的氫化和脂肪腈的氫化。廣泛應用于醫藥、染料、油脂、香料、合成纖維等領域。如葡萄糖加氫生產的山梨醇,用于合成維生素C、樹脂表面活性劑等。二腈加氫生產己二胺是聚酰胺纖維的重要單體。呋喃催化加氫制四氫呋喃是一種良好的溶劑。脂肪酸經胺化、氫化生成脂肪伯胺,廣泛應用于有機化工生產。