助催化劑--載體

 載體是催化劑的重要組成部分。對(duì)于一些催化劑來(lái)說(shuō)，活性組分確定后，載體的種類及性質(zhì)不同往往會(huì)對(duì)催化劑的活性及選擇性產(chǎn)生很大影響。表1-5示出了肉桂醛催化加氫的例子。所用主催化劑為Pd，在甲醇、乙醇及乙酸等不同溶劑中進(jìn)行肉桂醛加氫時(shí)，由于Pd負(fù)載的載體不同，所得加氫產(chǎn)物氫化肉桂醛產(chǎn)率也有很大的變化。

表1-5 不同載體對(duì)肉桂醛加氫反應(yīng)的影響①

 ①反應(yīng)條件：常溫常壓，主催化劑Pd含量為5％，溶劑分別為甲醇、乙醇及乙酸。HC％表示加氫產(chǎn)物氫化肉桂醛的百分含量。

       載體用于催化劑的制備上，最初的目的是為節(jié)約主催化劑（如Pd、Pt）的用量，即把昂貴的金屬材料分散負(fù)載在體積松大的物體上，以代替整塊材料使用；另一目的是使用強(qiáng)度高的載體可使催化劑能經(jīng)受機(jī)械沖擊，使用時(shí)不致因逐漸粉碎而增加對(duì)反應(yīng)器中流體的阻力。所以，開(kāi)始選擇載體時(shí)，往往從物理、機(jī)械性質(zhì)、來(lái)源容易等方面加以考慮。而隨著催化劑研究的進(jìn)展，以及對(duì)催化劑性能要求的提高，發(fā)現(xiàn)所用載體及其性質(zhì)的不同，會(huì)對(duì)催化劑的活性及選擇性產(chǎn)生明顯的影響，而且也發(fā)現(xiàn)載體的作用是復(fù)雜的，它常會(huì)與主催化劑或助催化劑發(fā)生某種化學(xué)作用，改變主催化劑的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，從而使催化劑的活性、選擇性及使用穩(wěn)定性發(fā)生變化。根據(jù)不同情況，載體在催化劑中可以起到以下幾方面的作用。

      （1）增加有效表面積和提供合適的孔結(jié)構(gòu)

       催化劑所具有的孔結(jié)構(gòu)及有效表面積是影響催化活性及選擇性的重要因素。采用適宜的載體及相應(yīng)的制備方法，可使負(fù)載催化劑具有較大的有效表面積及適宜的孔結(jié)構(gòu)，如金屬催化劑外形尺寸對(duì)液相反應(yīng)的影響，顆粒尺寸越小，越容易促進(jìn)反應(yīng)。表1-6示出了硝基苯催化加氫的例子，主催化劑為Pt，載體為活性炭，當(dāng)活性炭載體的顆粒尺寸由40～60目提高至150目以上時(shí)，反應(yīng)速率可提高5倍以上。

表1-6 活性炭顆粒大小對(duì)硝基苯加氫催化劑活性的影響①

①反應(yīng)條件：常溫、常壓，以乙酸為溶劑。

從表1-6可以看出，由于載體活性炭顆粒變細(xì)，主催化劑Pt負(fù)載量增多，催化劑活性也就增強(qiáng)。對(duì)于氣固反應(yīng)來(lái)說(shuō)，催化劑顆粒變小，有效表面積也可提高，但顆粒越小，流體阻力及能量消耗也就加大，因此顆粒直徑應(yīng)選擇適宜的尺寸大小。

      （2）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度

      無(wú)論是固定床或流化床用催化劑，都要求催化劑具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以經(jīng)受反應(yīng)時(shí)顆粒與顆粒、流體與顆粒、顆粒與反應(yīng)器之間的摩擦和碰撞，運(yùn)輸、裝填過(guò)程的沖擊，以及由于相變、壓力降、熱循環(huán)等引起的內(nèi)應(yīng)力及外應(yīng)力所導(dǎo)致的磨損或破損，很多催化劑只有將主催化劑負(fù)載于合適的載體后才能使催化劑獲得足夠的機(jī)械強(qiáng)度。

     （3）提高催化劑的熱穩(wěn)定性

      不使用載體的催化劑，活性組分顆粒緊密接觸，使用過(guò)程中易因高溫而發(fā)生燒結(jié)，導(dǎo)致活性下降。將活性組分負(fù)載于載體后，能促使顆粒間分散，防止顆粒聚集。同時(shí)由于增加散熱面積，有利于熱量除去，提高催化劑熱穩(wěn)定性，特別是對(duì)一些強(qiáng)放熱的氧化反應(yīng)，為了防止催化劑使用過(guò)程中因高溫而碎裂，常使用剛玉、碳化硅等具有良好導(dǎo)熱性及高溫強(qiáng)度的材料作載體。

     （4）提供反應(yīng)活性中心

      活性中心是指催化劑表面上具有催化活性的最活潑區(qū)域。如合成氨用鐵催化劑中，表面原子只占全部催化劑的1／200，而活性中心部分又只占其中的10％，也就只占1／2000。發(fā)生催化反應(yīng)時(shí)，一個(gè)反應(yīng)物分子中的不同原子可能同時(shí)被幾個(gè)鄰近的活性中心所吸附，由于活性中心力場(chǎng)的作用，使分子變形而生成活化配合物，然后活化配合物分子中的鍵進(jìn)行改組而形成新的化合物。如載體本身對(duì)反應(yīng)具有某種活性，則制成負(fù)載型催化劑后，也可提供某種功能的活性中心。如Pt負(fù)載在硅鋁或分子篩上制得的PvAl2O3?SiO2 Pt／分子篩等就是一些多功能催化劑，它與共催化劑是有一定區(qū)別的。

    （5）和活性組分作用形成新的化合物

     有些活性組分負(fù)載在載體上后，由于兩者的作用或因形成吸附鍵，部分活性組分與載體間可形成新的化合物，并對(duì)催化活性產(chǎn)生影響。用共沉淀法制備Ni催化劑時(shí)，如采用SiO2作載體，制得的催化劑對(duì)-C＝C-加氫反應(yīng)及-C-C-加氫分解都有很高活性；如改用Al2O3為載體，催化劑對(duì)-C＝C-加氫反應(yīng)仍有很高活性，而對(duì)-C-C-加氫分解反應(yīng)的活性很低。這是由于用SiO2作載體的催化劑，活性組分Ni并不與SiO2形成化合物，Ni以純金屬狀態(tài)存在，故對(duì)上述兩種反應(yīng)都呈活性。而用Al2O3作載體的催化劑，部分Ni與Al2O3形成鋁酸鎳，使得負(fù)載的Ni含量減少，故對(duì)-C-C-加氫分解只稍呈活性。

   （6）提高催化劑的抗中毒性能

   重油加氫裂化過(guò)程采用雙功能催化劑，抗氮中毒的能力是催化劑的重要指標(biāo)之一。早期的催化劑是將Ni負(fù)載在SiO2-Al2O3載體上，但重油中的氮化物會(huì)使催化劑中毒，故在進(jìn)行加氫裂化前必須先用Mo系催化劑除去氮化物。如將0.5％Pd負(fù)載在含H離子的Y型分子篩上制成催化劑，就不會(huì)發(fā)生由于氮化物的存在而引起催化劑中毒。

   （7）減少活性組分用量，降低催化劑生產(chǎn)成本

   使用載體可以減少活性組分用量是顯而易見(jiàn)的，這對(duì)某些貴金屬（如Re、Pt、Pd等）來(lái)說(shuō)，可以大大降低催化劑生產(chǎn)成本。

由上述可知，一種好的載體應(yīng)具有適宜的比表面積及孔結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的晶相結(jié)構(gòu)、較高的機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性、良好的傳熱及傳質(zhì)性能，確?；钚越M分均勻分布及高度分散等。載體的種類很多，作為參考，表1-7是常用載體的比表面積及孔容，圖1-5示出了按比表面積大小分類的載體名稱。

產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：學(xué)工作站、電催化反應(yīng)池、管路切換和氣相色譜模塊化集成化系統(tǒng)化；

● PLC控制系統(tǒng)集成氣路、液路控制、溫度控制、壓力控制、閥體切換、流路顯示等；

● 主要用于半導(dǎo)

● 將光源、電化體材料的光電催化流動(dòng)相CO2還原反應(yīng)活性評(píng)價(jià)等；

● 用于半導(dǎo)體材料的光電催化流動(dòng)相H2O分解產(chǎn)氫、產(chǎn)氧活性評(píng)價(jià)、N2還原、電催化等；

● 微量反應(yīng)系統(tǒng)，極低的催化劑用量；

● 導(dǎo)電電極根據(jù)需要可表面鍍金、鈀或鉑，導(dǎo)電性能，耐化學(xué)腐蝕；

● 標(biāo)配光電反應(yīng)池，可實(shí)現(xiàn)兩室三電極體系或三室三電極體系，采用純鈦材質(zhì)，耐壓抗腐蝕

● 可適用于氣-固-液三相界面的催化反應(yīng)體系，也可適用于陰陽(yáng)極液流循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)；

● 測(cè)試范圍廣，CO2、CO、CH4、甲醇、氫氣、氧氣、烴類等微量氣體。

技術(shù)參數(shù)：

系統(tǒng)配置：