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什么是催化剂?点进来看看吧

发布时间:2022-01-19 09:30:46 浏览:312次

触媒可为气体物质(如氧化氮)、液体物质(例如酸、碱、盐溶液)或固态物质(例如金属,金属氧化物),还有一些固体物质(例如有机体中的酶)。催化领域,以固体催化剂为主。其性质一种催化剂可以使某一特定反应沿着阻力较小的途径进行,所需要的活化能量减少,从而加快反应速度。如图中的虚线表示反应物是在非催化的反应通道上转化的产物,激活能是E。如果存在某种固体催化剂,首步,反应物与催化剂一起作用,转变为吸附态反应物;步骤二,将吸附态的反应物转化为吸附态的产物,并将其转化为E2吸附态的产物,步骤3,将吸附态的产物分离,转化成反应的催化剂,释放激活能为E3。尽管两条途径得到的结果一致,但是在催化反应途径中,每一步的活化能都低于不催化反应途径的活化能,因此阻力小,反应速度快。这个循环过程叫做“催化循环”,它是一种反应过程,它只是一个特定的反应周期,它是一种催化剂。负極触媒的作用通常是原催化剂或能毒化反应系统中的截断反应链。催化剂与非催化反应的比较,只会有选择地加快某种或特定化学反应的速度,意思是,同一种催化剂对不同反应有不同的催化活性,称为催化剂选择性。在化工领域,利用催化的选择性来控制原料的化学转化方向是十分重要的。当反应速率为正反相时,催化剂对反应速率的影响相同。因此,催化剂虽然可以加速化学反应,但却无法改变化学平衡常数,只能影响反应进入平衡态的速度。以铂类为例,钯催化剂可以将苯加氢转化成环己烷,但在热力学条件下,它们也能使环己烷脱氢成苯。触媒在使用过程中,由于一些物理和化学作用,使其原有组织结构发生破坏,使催化剂活性下降或失去活性,这就是催化剂衰退或催化剂失活。如反应物中的某些杂质与催化剂发生作用或覆盖在催化剂表面,会使催化剂中毒,导致催化剂衰退。一些催化剂失活后,可通过特殊的方法进行处理,使催化剂再生并恢复催化活性,有的催化剂失活后不能再生。但是各种催化剂都有一定的使用年限,称之为催化剂寿命。组分在一些反应中可以用单个元素或化合物来作催化剂;但在大多数情况下,为使催化剂具有特殊的性质,通常由多种组分配合制成。根据其作用的不同,可分为催化活性组分、助催化剂、催化剂载体等。活化组分是使催化剂具有活性的必要成分,如镍硅藻土催化剂中的镍、Fe-K2O-Al2O3催化剂中的铁元素等。固态触媒在其表面上与作用物相接触,从而产生催化作用,故多为高比表面积物质。但是,并不是全表面都有催化活性,有活性的部分叫做催化活性中间或活性位。活化中间的组成、构造、生成与破坏,对理论和实践都有重要意义。助剂是一类提高催化活性组分性能的物质。为提高活性组分的分散程度和利用率,使催化剂形成一定的形态,载体上载有多种活性组分,如镍-硅藻土催化剂中的硅藻土作为载体。某些工业催化剂的配方中,也需加入其它成分,例如在固体催化剂中加入提高机械强度的粘结剂。根据原料可分为生物催化剂和非生物催化剂。催化剂回收是当今工业应用较多的催化剂,它们都是通过人工合成,并有一定的组分和结构,大部分固体催化剂也有特殊的形状。催化工业的方法主要有两种:①按材料分类,如催化剂表。作为催化剂的关键组分,活性组分可以根据活性组分的化合状态对催化剂材料进行分类,目前主要有金属催化剂、金属氧化物催化剂、硫化物催化剂、酸碱催化剂、络合催化剂等。②按功能分类。根据催化反应的过程,如加氢用的催化剂被称为氢化催化剂。另外,也有按用途分类,如石油化学催化剂、炼油催化剂、无机化学催化剂、环保催化剂等。除了直接催化化学反应的催化剂外,也有一类能加速不同相间物质传输的称相转移催化剂。分两相的液相反应中,采用相转移催化剂可以缩短反应时间,且大多是季铵盐。以甲酚与氧氯化磷为例,可以用氯化十六烷基甲基铵为相转移催化剂。由于催化剂具有较高的选择性,其作用机理也比较特殊,催化剂的应用也比较特殊。在催化剂作用机理方面,已有大量的研究工作,为催化剂选择提供帮助。催化机制可以分为三种类型。①离子型反应机制。催化剂的作用可以从广义的酸、碱概念来理解,大多数催化剂都是酸、碱、盐,如氧化铝、硅酸铝等。大多数是非过渡元素化合物,具有催化裂化、异构化、烷基化、水合、脱水等作用。②自由基型反应机制。触媒和反应物之间由于氧化还原而使后者活化,在反应中涉及催化剂元素价态变化,催化剂材料大多是金属、金属氧化物、金属硫化物,如镍、铂、氧化钒、氧化铬、硫化钼等。大多数为过渡元素及其化合物,有催化加氢、脱氢、氧化等反应。③络合反应机制。触媒和反应物发生配位激活后,催化剂就可以起到络合剂的作用。另一种选择催化剂的方法是选择具有相同性能的已知催化剂,如已知镍为乙烯加氢催化剂,可作为丙烯加氢催化剂。但是,由于反应的不同以及催化剂的特殊性,需要通过实验来验证。一些化学过程的结果,是几种不同反应机制反应的总和,需要若干催化活性成分配合才能发挥多种作用,称为多功能催化剂。比如,催化重整催化剂中的铂对加氢、脱氢具有催化作用,而氧化铝具有异构化催化作用。另外,催化剂的性能也应注意:催化剂的性能不仅取决于活性组分,而且取决于各组份的性质和它们之间相互作用的总和,还要考虑它们对反应装置和反应过程的适应性。

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