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催化劑是一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率，而自身在反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生改變的物質(zhì)。它們?cè)诨瘜W(xué)工業(yè)、制藥、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在石油精煉過(guò)程中，催化劑用于裂化、加氫脫硫、重整等關(guān)鍵步驟，幫助生產(chǎn)更高質(zhì)量的燃料和化工原料；在合成氨、甲醇等化學(xué)品生產(chǎn)過(guò)程中，鐵催化劑和銅基催化劑分別用于促進(jìn)氣態(tài)反應(yīng)；在環(huán)境保護(hù)中，汽車(chē)尾氣催化轉(zhuǎn)化器中的貴金屬催化劑能將有害氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)；在生物制藥領(lǐng)域，酶作為生物催化劑，能夠高效地催化各種生物化學(xué)反應(yīng)，并用于合成藥物前體、活性成分以及藥物的修飾。酶的特異性和高效性使得它們?cè)诤铣蓮?fù)雜藥物分子時(shí)尤為重要。

常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)室制備催化劑的方法 

實(shí)驗(yàn)室中制備催化劑的方法多種多樣，選擇合適的制備方法取決于所需催化劑的類(lèi)型、性質(zhì)以及應(yīng)用場(chǎng)景。沉淀法廣泛應(yīng)用的制備無(wú)機(jī)催化劑的方法，通過(guò)將兩種或多種可溶性鹽類(lèi)溶液混合，產(chǎn)生難溶的沉淀，經(jīng)過(guò)洗滌、干燥、煅燒等步驟制得催化劑。這種方法適用于制備多種金屬氧化物和硫化物催化劑；浸漬法是通過(guò)將催化劑載體浸入含有催化劑前驅(qū)體的溶液中，使前驅(qū)體物質(zhì)均勻分布在載體表面或孔道內(nèi)，經(jīng)干燥和煅燒后得到催化劑。這種方法適用于貴金屬催化劑和多組分催化劑的制備；溶膠-凝膠法是通過(guò)水解和縮合反應(yīng)將金屬有機(jī)前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為均勻的溶膠，進(jìn)而通過(guò)干燥和熱處理過(guò)程轉(zhuǎn)化為凝膠，最終得到多孔的催化劑。這種方法適合制備具有特定孔結(jié)構(gòu)的催化劑；熱分解法是將含有催化劑前驅(qū)體的化合物加熱至一定溫度，使之分解成所需的催化劑。這種方法常用于制備納米催化劑和某些金屬催化劑；機(jī)械合成法通過(guò)高能球磨或研磨等機(jī)械力將不同的原料混合和粉碎，直至形成均勻的混合物，然后通過(guò)后續(xù)的熱處理制得催化劑。這種方法適用于固體催化劑的制備；

球磨儀在機(jī)械合成催化劑的作用

球磨儀在機(jī)械合成法中制備催化劑的過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，機(jī)械合成法依靠機(jī)械能，如摩擦、撞擊和剪切力，來(lái)促進(jìn)固體粉末材料的混合、研磨和化學(xué)反應(yīng)。球磨儀是實(shí)現(xiàn)這種機(jī)械能輸入的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)使球磨罐內(nèi)的研磨介質(zhì)（如球磨球）和待合成材料相互撞擊和磨擦，從而顯著減小粉末顆粒的尺寸，增加顆粒的表面積，有利于提高催化劑的活性和可用性；通過(guò)調(diào)節(jié)球磨的條件（如時(shí)間、速度、溫度等），可以控制材料的晶體結(jié)構(gòu)和相轉(zhuǎn)變；球磨過(guò)程中的高能撞擊和局部高溫可以促進(jìn)固態(tài)反應(yīng)，使原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的化合物；通過(guò)適當(dāng)?shù)那蚰l件，可以獲得具有納米尺寸、高表面積和獨(dú)特物理化學(xué)性能的催化劑。

簡(jiǎn)而言之，球磨儀在機(jī)械合成法中制備催化劑的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，它不僅可以實(shí)現(xiàn)原料的有效混合和粒度減小，還可以通過(guò)物理和化學(xué)途徑改變材料的結(jié)構(gòu)和性能，從而獲得具有優(yōu)異催化性能的催化劑。

應(yīng)用實(shí)例——制備加氫催化劑

本文引用《機(jī)械球磨法制備N(xiāo)iMo催化劑及其在菲加氫中的應(yīng)用》（DOI: 10.19906/j.cnki.JFCT.2022045）來(lái)說(shuō)明采用機(jī)械球磨法可以制備N(xiāo)iMo催化劑。原文與研究人員通過(guò)XRD、XPS 等表征其結(jié)構(gòu)后，進(jìn)一步探究 Ni/(Ni+Mo) 比對(duì)催化劑組成和結(jié)構(gòu)及菲加氫性能的影響。

催化劑制備

研究人員稱(chēng)取定量Al(NO3)3·9H2O、 (NH4)6Mo7O24·4H2O、Ni(NO3)2·9H2O 和 (NH4)2CO3 置于球磨罐中，球磨1h、干燥12h后，于500℃焙燒3h制得NiMo/Al2O3，記為NixMoy-z，其中x和y分別為Ni和Mo在催化劑中的質(zhì)量含量，z為Ni/(Ni+Mo) 物質(zhì)的量之比。然后按照 S/Mo物質(zhì)的量之比為3.0和4.5，稱(chēng)取一定量硫代硫酸銨 (ATS)，采用等體積浸漬法將其浸漬于NiMo/Al2O3 上，室溫下老化12h后于90℃干燥3h，制得硫化態(tài)的NiMo催化劑。

催化劑表征與分析

研究人員采用 XRD對(duì)NiMo催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，得到不同XRDT圖譜如下。圖片可以看出，在37.5°、45.8°和66.8°處出現(xiàn)了Al2O3的特征衍射峰。當(dāng)Ni/(Ni+Mo)比≤0.33 時(shí)，未檢測(cè)到Ni物種的衍射峰，說(shuō)明其分散性較好，當(dāng)進(jìn)一步提高Ni/(Ni+Mo) 比時(shí)，在18.6°處出現(xiàn)了新的衍射峰。當(dāng)固定 Ni/(Ni+Mo) 比為0.33，進(jìn)一步提高M(jìn)o和Ni的含量分別至20%和6%時(shí)，仍未觀察到明顯的Ni、Mo物種的衍射峰，這可能是由于在機(jī)械球磨過(guò)程中，強(qiáng)烈的機(jī)械碰撞和剪切作用使得各活性組分均勻分散。

圖1：不同催化劑的XRD圖譜

催化劑的氮?dú)馕?脫附等溫曲線表明催化劑是典型的介孔材料?？讖椒植紴??10nm，平均孔徑為3?5nm。當(dāng) Ni/(Ni+Mo) 比由0.23增加至0.42時(shí)，比表面積和孔體積先增加后降低，于0.33處最大。當(dāng)恒定Ni/(Ni+Mo)比為0.33，Ni和Mo含量增加時(shí)，堵孔效應(yīng)愈發(fā)明顯，致使催化劑的比表面積和孔徑顯著減小。

圖2：催化劑的N2吸附-脫附等溫曲線和孔徑分布圖

原文章中部分結(jié)論：采用機(jī)械球磨法制備N(xiāo)iMo 催化劑，通過(guò)XRD、XPS等表征其結(jié)構(gòu)，探究Ni/(Ni+Mo)比對(duì)催化劑組成和結(jié)構(gòu)及菲加氫性能的影響。結(jié)果表明，該法制備的催化劑活性組分Ni和Mo的分散性好，為孔徑集中分布于2?10nm的介孔催化劑。隨Ni/(Ni+Mo)比增加，催化劑的比表面積和Mo含量呈現(xiàn)出先增加后降低趨勢(shì)，均于0.33 處達(dá)到最高。

實(shí)驗(yàn)室制備催化劑的球磨儀產(chǎn)品推薦

MM400經(jīng)典混合球磨儀

冷凍混合球磨儀MM400設(shè)計(jì)用于少量樣品的干法、濕法和低溫研磨。長(zhǎng)達(dá)99小時(shí)的處理時(shí)間使MM400非常適合于研究應(yīng)用，例如機(jī)械化學(xué)合成領(lǐng)域。

Emax高能球磨儀器

相比傳統(tǒng)行星式球磨儀，高能球磨儀可以提供高能量輸出的撞擊和摩擦，并且合成時(shí)間明顯少于行星式球磨儀。

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