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      窯爐雜志

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      催化劑

      發布日期:2014-03-04    來源:中國窯爐網   瀏覽次數:341

          催化劑是能改變化學反應速率,而本身的質量、組成和化學性質在參加化學反應前后保持不變的物質。又稱做觸媒。催化劑分為和正催化劑逆催化劑,正催化劑有助于反應向正方向移動,逆催化劑有助于反應向逆方向移動。
       
          1 基本簡介
       
          催化劑又稱觸媒,在初中階段的定義是能改變化學反應速率,而本身的質量、組成和化學性質在參加化學反應前后保持不變的物質。例如二氧化錳可以作為過氧化氫(雙氧水)分解的催化劑。催化劑分為和正催化劑逆催化劑,正催化劑有助于反應向正方向移動,逆催化劑有助于反應向逆方向移動。
       
          2基本分類
       
         (1)均相催化劑:催化劑和反應物同處于一相,沒有相界存在而進行的反應,稱為均相催化作用,能起均相催化作用的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、堿催化劑和色可賽思固體酸和堿性催化劑。溶性過渡金屬化合物(鹽類和絡合物)等。均相催化劑以分子或離子獨立起作用,活性中心均一,具有高活性和高選擇性。
       
         (2)多相催化劑:多相催化劑又稱非均相催化劑呈現在不同相(Phase)的反應中,即和它們催化的反應物處于不同的狀態。例如:在生產人造黃油時,通過固態鎳(催化劑),能夠把不飽和的植物油和氫氣轉變成飽和的脂肪。固態鎳是一種多相催化劑,被它催化的反應物則是液態(植物油)和氣態(氫氣)。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面,反應物內的鍵因十分的脆弱而導致新的鍵產生,但又因產物與催化劑間的鍵并不牢固,而使產物出現。目前已知許多表反應發生吸附反應的不同可能性的結構位置。
       
         (3)生物催化劑:酶是生物催化劑,是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的有機物(絕大多數的蛋白質。但少量RNA也具有生物催化功能),舊稱酵素。生物體的化學反應幾乎都在酶的催化作用下進行。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如,淀粉。酶催化淀粉水解為糊精和麥芽糖,蛋白酶催化蛋白質水解成肽等;畹纳矬w利用它們來加速體內的化學反應。如果沒有酶,生物體內的許多化學反應就會進行得很慢,難以維持生命。大約在37℃的溫度中(人體的溫度),酶的工作狀態是最佳的。如果溫度高于50℃或60℃,酶就會被破壞掉而不能再發生作用。因此,利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑,在低溫下使用最有效。酶在生理學、醫學、農業、工業等方面,都有重大意義。目前,酶制劑的應用日益廣泛。
       
          3 基本用途
       
          在化工生產、科學家實驗和生命活動中,催化劑都大顯身手。例如,硫酸生產中要用五氧化二釩作催化劑。由氮氣跟氫氣合成氨氣,要用以鐵為主的多分組催化劑,提高反應速率。在煉油廠,催化劑更是少不了,選用不同的催化劑,就可以得到不同品質的汽油、煤油;ず铣伤嵝院蛪A性色可賽思催化劑。車尾氣中含有害的一氧化碳和一氧化氮,利用鉑等金屬作催化劑可以迅速將二者轉化為無害的二氧化碳和氮氣。酶是植物、動物和微生物產生的具有催化能力的蛋白質,生物體的化學反應幾乎都在酶的催化作用下進行,釀造業、制藥業等都要用催化劑催作。
       
          4 制備方法
       
         (1)機械混合法:將兩種以上的物質加入混合設備內混合。此法簡單易行,例如轉化-吸收型脫硫劑的制造,是將活性組分(如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅)與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續加入一個可調節轉速和傾斜度的轉盤中,同時噴入計量的水。粉料滾動混合粘結,形成均勻直徑的球體,此球體再經干燥、焙燒即為成品。乙苯脫氫制苯乙烯的Fe-Cr-K-O催化劑,是由氧化鐵、鉻酸鉀等固體粉末混合壓片成型、焙燒制成的。利用此法時應重視粉料的粒度和物理性質。
       
         (2)沉淀法:此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在制造多組分催化劑時,適宜的沉淀條件對于保證產物組成的均勻性和制造優質催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑(如碳酸鈉、氫氧化鈣),經沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化),即得最終產品。如果在沉淀桶內放入不溶物質(如硅藻土),使金屬氧化物或碳酸鹽附著在此不溶物質上沉淀,則稱為附著沉淀法。沉淀法需要高效的過濾洗滌設備,以節約水,避免漏料損失。
       
         (3)浸漬法:將具有高孔隙率的載體(如硅藻土、氧化鋁、活性炭等)浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中,保持一定的溫度,溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝干,經干燥、煅燒,載體內表面上即附著一層所需的固態金屬氧化物或其鹽類(圖1)。浸漬法可使催化活性組分高度分散,并均勻分布在載體表面上,在催化過程中得到充分利用。制備含貴金屬(如鉑、金、鋨、銥等)的催化劑常用此法,其金屬含量通常在 1%以下。制備價格較貴的鎳系、鈷系催化劑也常用此法,其所用載體多數已成型,故載體的形狀即催化劑的形狀。另有一種方法是將球狀載體裝入可調速的轉鼓(圖2)內,然后噴入含活性組分的溶液或漿料,使之浸入載體中,或涂覆于載體表面。
       
      。4)噴霧蒸干法:用于制顆粒直徑為數十微米至數百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造,先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧干燥器內,經噴頭霧化后,水分在熱氣流作用下蒸干,物料形成微球催化劑,從噴霧干燥器底部連續引出。
       
      。5)熱熔融法:熱熔融法是制備某些催化劑的特殊方法,適用于少數不得不經過熔煉過程的催化劑,為的是借助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分布的混合物,配合必要的后續加工,可制得性能優異的催化劑。這類催化劑常有高的強度、活性、熱穩定性和很長的使用壽命。主要用于制造氨合成所用的鐵催化劑。將精選磁鐵礦與有關的原料在高溫下熔融、冷卻、破碎、篩分,然后在反應器中還原。
        (6)浸溶法:從多組分體系中,用適當的液態藥劑(或水)抽去部分物質,制成具有多孔結構的催化劑。例如骨架鎳催化劑的制造,將定量的鎳和鋁在電爐內熔融,熔料冷卻后成為合金。將合金破碎成小顆粒,用氫氧化鈉水溶液浸泡,大部分鋁被溶出(生成偏鋁酸鈉),即形成多孔的高活性骨架鎳。
       
      。7)離子交換法:某些晶體物質(如合成沸石分子篩)的金屬陽離子(如Na)可與其他陽離子交換。 將其投入含有其他金屬(如稀土族元素和某些貴金屬)離子的溶液中,在控制的濃度、溫度、pH條件下,使其他金屬離子與 Na進行交換。由于離子交換反應發生在交換劑表面,可使貴金屬鉑、鈀等以原子狀態分散在有限的交換基團上,從而得到充分利用。此法常用于制備裂化催化劑,如稀土-分子篩催化劑。
       
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