نيكل راني، هو عبارة عن حفاز صلب يتألف من حبيبات دقيقة من سبيكة ألمنيوم-نيكل ، يستخدم في الكثير من العمليات الصناعية. طوره المهندس الأمريكي موراي راني، في عام 1926 كحفاز بديل في عملية هدرجة الزيوت النباتية أثناء العمليات الصناعية. استعمل حديثاً كحفاز متغاير في الكثير من الاصطناعات العضوية إنج والأكثر شيوعاً هو تفاعلات الهدرجة.ينتج نيكل راني عند معاملة قطعة من سبيكة ألمنيوم-نيكل بمحلول هيدروكسيد الصوديوم المركز. هذه المعاملة تسمى "التنشيط" ، حيث تذيب أغلب الألمنيوم الموجود في السبيكة. التركيب المسامي المتبقي يعرف بكبر مساحة سطحه ، والذي يعطيه نشاط محفز عالي. الحفاز القياسي يحتوي على 85% نيكل من مجموع كتلته ، والذي يوازي ذرتان نيكل لكل ذرة ألمنيوم. الألمنيوم المتبقي يساعد على الحفاظ على التركيب المسامي للحفاز ككل.بما إن راني علامة تجارية مسجلة لشركة وليام راسل جريس ، فإنه منتجات قسم جريس دافيسون فقط هى التي يمكن تسميتها "نيكل راني". كحل بديل ، فإن المصطلحات العامة مثل "الحفاز الهيكلي" أو "حفاز فلزي-اسفنجي" يمكن استخدامها للدلالة على الحفازات التي لديها الخواص الفيزيائية والكيميائية المشابهة لنيكل راني.
التحضير
تحضير السبيكة
تحضر السبائك تجارياً بصهر الفلز النشط (النيكل في هذه الحالة ، ولكن يمكن تحضير حفازات من نوع راني أيضاً ، مثلاً حديد راني ، نحاس راني.) والألمنيوم في بوتقة ثم تبريد المصهور والذي يسحق بعد ذلك إلى مسحوق ناعم. يمكن غربلة هذا المسحوق لنطاق حجمي معين للحبيبة وذلك يعتمد على التطبيق الذي سيستخدم به الحفاز.المكون الأولي للسبيكة مهم لإن عملية التبريد تنتج عدداً مختلفاً من أطوار النيكل/ألمنيوم والتي لديها خواص ترويقية مختلفة. هذا قد يتسبب في اختلاف المسامية في المنتج النهائي. أكثر سبائك البدأ شيوعاً مستعملة في الصناعة هى سبيكة مكونة من كميات متساوية (وزنياً) من النيكل والألمنيوم ، وهى نفس النسبة التي استخدمها موراي راني في اكتشافه نيكل راني يمكن إضافة كميات صغيرة من فلز ثالث خلال عملية التبريد مثل الزنك والكروم. ذلك يتم لتحسين النشاط الحفازي ، ذلك الفلز الثالث يسمى المروج. لاحظ أن إضافة المروج يغير السبيكة ومخطط الطور الناتج إلى مخطط يخص سبيكة ثلاثية ، والذي يؤدي لتبريد مختلف وخواص ترويق مختلفة أثناء التنشيط.
الخواص
يظهر نيكل راني بدون استعمال المجهر كمسحوق رمادي حبيباته ناعمة. تحت المجهر ، يظهر كل حبيبة كشبكة ثلاثية الأبعاد ، مع مسام بأحجام وأشكال مختلفة والذي يتكون معظمه أثناء عملية الترويق. يعرف نيكل راني بإنه مستقر حرارياً وتركيبياً. وكبر مساحة سطحه. هذه الخواص ناتجة بسبب عملية التنشيط ، والتي تساعد إعطاء نيكل راني كفاءة حفازية عالية.يروق leachالألمنيوم أثناء عملية التنشيط خارج الأطوار NiAl3 و Ni2Al3 الموجودين في السبيكة ، معظم الألمنيوم الذي يتبقى ، يتبقى في صورة NiAl. عملية إزالة بعض أطوار الألمنيوم بدون إزالة كل الألمنيوم تسمى الترويق الانتقائي. لقد اظهر أن طور NiAl يوفر الاستقرار التركيبي والحراري للحفاز. والنتيجة كانت مقاومة الحفاز العالية للتحلل (التكسر ، أو كما يطلق عليها "الشيخوخة").[3] تسمح هذه المقاومة بأن يخزن ويعاد إستعماله لفترات طويلة ، ولكن تفضل التحضيرات الطازجة للإستعمال المعملي. لهذا السبب؛ نيكل راني متوفر تجارياً في الهيئتان ، النشطة والغير نشطة.تقاس مساحة السطح عن طريق قياس بيإيتي BET measurement باستخدام غاز يفضل الادمصاص على الأسطح الفلزية مثل الهيدروجين.
باستخدام هذا النوع من القياس ، أظهر أن تقريباً كل المساحة المعرضة في حبيبة الحفاز تحتوي على نيكل على سطحها. حيث أن النيكل هو الفلز النشط في الحفاز ، فإنه يعطي مساحة سطحية كبيرة تسمح لحدوث عدة تفاعلات في وقت واحد والذي ينعكس في زيادة النشاط الحفازي. نيكل راني المتوافر تجارياً لديه متوسط مساحة نيكل سطحية 100 m² لكل جرام من الحفاز. نيكل راني حفاز مفيد للكثير من تفاعلات الهدرجة وذلك يرجع للنشاط الحفازي العال بالإضافة إلى امتصاص الحفاز للهيدروجين من خلال المسام أثناء عملية التنشيط. يستخدم نيكل راني على نطاق واسع من ظروف التفاعلات بسبب تركيبه وثباته الحراري (لا يتكسر عند درجات الحرارة المرتفعة ). نيكل راني لا يذوب في معظم المذيبات الموجودة في المعمل ما عدا الأحماض المعدنية مثل حمض الهيدروكلوريك وله كثافة مرتفعة نسبياً (بين 6 و 7 g/cm³) وتلك العوامل تسهل فصله في الطور السائل بعد انتهاء التفاعل.
المراجع
mawsoati.com
التصانيف
حفازات سبائك نيكل العلوم التطبيقية العلوم البحتة