多相催化剂

    多相催化剂 : 一般指能促进气体或液体反应速度的固体催 化剂而言。催化剂与反应物处于不同的相,其催 化作用在于对气固或液固界面所发生的界面反 应进行控制,使催化反应连续经历以下过程:
①反应物被催化剂表面吸附;
②在吸附分子间(按Langmuir-Hinshelluood机理),或在吸附分子和气相(或液相)分 子间(按自由基机理)发生反应;
③使从②反应过程中,或由②引起的表面 反应中所生成的分子表面脱附。
参与反应的分子在催化剂表面上的吸附是 和固体催化剂表面上的原子发生的化学反 应(化学吸附)。引起反应的活性中心因催化剂 种类及反应条件等不同而在催化剂表面形成特 殊点(晶格缺陷等),并因其均匀分布对催化活 性有利。多相催化剂的活性与其组成及结构有 关。混入微量杂质即可引起催化剂活性的很大 变化。多相催化剂一般为多孔固体。
通常采用以下方法测定影响催化活性的各 种因素:
① 晶型:采用X射线衍射法;
② 粒径、比表面积:采用筛分法及激光法 测粒径;采用N₂、惰性气体等物理吸附法、电子 显微镜及氢、一氧化碳等化学吸附法(使用载体 金属催化剂时)测比表面积;
③ 表面结构: 采用低速电子线衍射 法(LEED);
④ 细孔容: 采用汞压法重量变化进行 测定;
⑤表面元素分析: 采用X射线光电子分光 法(XPS)或奥格电子光谱法(AES);
⑥表面酸度:采用盐基滴定及吸附法;
⑦ 表面上吸附的分子:采用红外光谱法、 电子冲击分光法(EIS)、紫外线电子分光 法(UPS)及AES法等。
影响固体催化性能的因素很多,配制条件 要求严格。引起催化失活的主要原因是使催化 剂中毒的物质在表面积蓄,以及过热造成催化 剂颗粒“半熔”等。多相催化剂不同于均相催化 剂,前者容易与反应生成物分离,使用温度范围 较宽。已为工业上广泛采用。以聚合物、离子交 换膜及无机物为载体的不熔型多相催化剂,已 开发出来,此外,作为多相催化剂的一个分支的 生物催化剂固定化酶,日益受到重视。
多相催化剂可分为:
①金属催化剂,如铁、镍、铑、钯、铂、铱等;
② 金属氧化物,如各种过渡金属氧化 物等;
③配位化合物,如各种过渡金属的配位化 合物,钯、铑、钛、钴、钼等的配位化合物;
④酸碱催化剂,如膨润土、天然沸石、合成 分子筛、氧化铝、硫酸盐、磷酸盐、氯化铝、氯化 钛、氯化铜、二氯化硅、氧化钙、氧化钡、阳离子 交换树脂及阴离子交换树脂等。
⑤多功能催化剂,即固体催化剂的不同活 性组分可以催化反应中的不同历程,使整个反 应加速。
多相催化剂的应用十分广泛,如无机工业 中的二氧化硫接触氧化、氧化氮的氧化、氨氧化 制硝酸、一氧化碳制氢、氨的合成等;在有机工 业中的异构化、脱氢、加氢、歧化、脱水、水合、裂 化、重整、缩合、聚合、烷基化、氧化、加成以及某 些特殊的反应等。
多相催化剂的制造才法有: 机械混合法、 沉淀法、共沉淀法、浸渍法、热分解法、还原法、 热熔法、离子交换法等。成型时,可以制成颗粒 状、片状、柱状、条状、球状等。