Herstellungsprozeß und Mikrostruktur von aktivierten Nickelkatalysatoren
Ziel dieser Arbeit ist es, die Prozesse, die bei der Herstellung von aktivierten Nickelkatalysatoren (Raney®-Nickel) ablaufen, zu klären, und damit zu einem Fundament für die gezielte Optimierung von aktivierten Nickelkatalysatoren beizutragen. Die Herstellung von aktivierten Nickelkatalysatoren aus...
| Summary: | Ziel dieser Arbeit ist es, die Prozesse, die bei der Herstellung von aktivierten Nickelkatalysatoren (Raney®-Nickel) ablaufen, zu klären, und damit zu einem Fundament für die gezielte Optimierung von aktivierten Nickelkatalysatoren beizutragen. Die Herstellung von aktivierten Nickelkatalysatoren aus verschiedenen Nickel-Aluminiumlegierungen wird untersucht. Schwerpunkt ist die Aufklärung des Laugungsmechanismus und der Einfluß des Gefüges der Ausgangslegierungen auf den Restaluminiumgehalt und die Aktivität der Nickelkatalysatoren. Die Ausgangslegierungen bestehen aus den intermetallischen Phasen Al, NiAl3 und Ni2Al3. Der Laugungsmechanismus besteht aus dem Herauslösen des Aluminiums und der Umordnung der verbleibenden Atome. Die NiAl3-Phase wandelt sich während des Laugens direkt zu kubisch flächenzentriertem (kfz) Nickel um. Bei der Laugung von Ni2Al3 entsteht eine metastabile Zwischenphase. Diese Phase hat eine kubisch raumzentrierte Struktur (krz) und eine Zusammensetzung von etwa Ni-30At% Al. Bei weiterem Laugen wandelt diese krz-Phase in kfz-Nickel um. Das bei vollständig gelaugten Legierungen im Katalysator vorhandene Restaluminium liegt in Form des kfz-Nickel-Aluminiummischkristalls und in der krz-Zwischenphase vor. Das auf mikroskopischer Ebene unterschiedliche Verhalten der Phasen NiAl3 und Ni2Al3 zeigt sich auch makroskopisch: Die Phasen reagieren unterschiedlich schnell mit der Lauge. Je aluminiumreicher die Phase desto exothermer und schneller läuft das Herauslösen des Aluminiums ab. Je höher der Anteil an Ni2Al3 in der Ausgangslegierung ist, desto höher ist der Restaluminiumgehalt im Katalysator, da ungelaugte Ni2Al3-Phase zurückbleibt. Zusätzlich besteht ein Einfluß der Herstellungsweise auf den Restaluminiumgehalt: Nickelkatalysatoren aus verdüsten Legierungen besitzen bei gleichem Ni2Al3-Anteil in der Legierung größere Mengen an Restaluminium aufgrund von ungelaugter Ni2Al3-Phase. Als Maß für die Hydrieraktivität der hergestellten Nickelkatalysatoren wurde der Wasserstoffverbrauch bei der Hydrierung von Nitrobenzol benutzt. Die Aktivität der Katalysatoren aus den gemahlenen Legierungen steigt im untersuchten Temperaturbereich von 75-110°C temperaturunabhängig mit zunehmender Laugungszeit. Die Aktivität der Katalysatoren aus den verdüsten Legierungen steigt bei einer Laugentemperatur von 75°C mit zunehmender Laugungszeit an, bei 110°C sinkt sie jedoch mit zunehmender Laugungszeit. Diese Aktivitätsabnahme bei der hohen Laugentemperatur wird auf die Abnahme der inneren Oberfläche aufgrund von stattfindenden Sinterprozessen der nanometergroßen Kristallite zurückgeführt. |
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