催化劑的基本性能要求--活性

 一種優(yōu)良的工業(yè)催化劑，必須在反應所需的溫度、壓力、流速及停留時間等工藝條件下能長期正常運轉，有良好的機械強度以抵抗氣流沖刷而不粉化，有良好的耐熱、抗毒穩(wěn)定性而保持良好的活性及選擇性。也即一種催化劑必須具備高活性、高選擇性及高穩(wěn)定性等指標，才有工業(yè)實用價值。因此，在催化劑的化學組成及宏觀結構確定后，衡量該催化劑直觀和最重要的參量是催化劑的活性、選擇性及穩(wěn)定性等指標。

1-5-1 活性

       催化劑的活性是指催化劑加快反應速率的一種量度。它表示催化反應速率與非催化反應速率之差。由于非催化反應速率很低而可忽略不計，故催化劑的活性即相當于催化反應速率。在給定的反應條件（溫度、壓力、空速等）下，高活性催化劑可以使生產(chǎn)強度增加。所以在研制開發(fā)一種新催化劑時，無論是在實驗室篩選或評價階段，或是在工業(yè)應用試驗過程中，大量的試驗工作是圍繞催化劑活性進行的。衡量催化劑的活性有多種表示方法，常用的有以下幾種。

（1）用反應速率常數(shù)r表示

反應速率常數(shù)又稱比速，是指單位濃度反應物的反應速率，反應速率方程的一般表示式是：

r=kcAacBb

式中k-反應速率常數(shù)；

cA、cB-  一反應物A、B的濃度；

a,b-反應物A、B的反應級數(shù)。

用反應速率常數(shù)表示催化劑的活性時又可分為以下兩種方法：

①用單位表面積催化劑上的反應速率常數(shù)表示，稱為表面比活性（或表面比速率常數(shù)），即：

                              (1-22)

式中ks-表面比活性；

k-反應速率常數(shù)；

S-催化劑表面積。

即表面比活性可通過測定的催化反應速率常數(shù)與催化劑表面積之比來表示。

②用單位體積催化劑上的反應速率常數(shù)表示，稱為體積比活性（或體積比速率常數(shù)），即

                             (1-23)

式中 kV- 體積比活性；

V-催化劑體積。

即體積比活性可通過測定的反應速率常數(shù)與催化劑體積之比來表示。

用反應速率常數(shù)比較活性時，要求溫度相同，而不要求反應物濃度及催化劑用量相同。但在不同催化劑上進行同一反應時，只有在所測催化劑上有相同的反應速率方程時，用速率常數(shù)比較活性大小才有意義。

（2）用時空收率表示

時空收率是指單位時間內(nèi)以空間速度v0 流過催化劑的原料氣可生成某一產(chǎn)物的質(zhì)量。常以單位時間內(nèi)每單位體積（或質(zhì)量）催化劑所獲得的目的產(chǎn)物量來表示。有時也稱時空得率或產(chǎn)率。

如對于反應aA→bB，產(chǎn)物B的時空收率為：                             (1-24)

式中 YB- -時空收率，g/(mL?h)或t/(m3?d) °

NB-一目的產(chǎn)物B的質(zhì)量，mol；

V-催化劑體積，mL或m3；

t-反應時間，h或d。

如以標準狀態(tài)下原料氣的流量（v，）去除式（1-24）的分子及分母，就可得：

(1-25)

因為反應物的質(zhì)量NA0=vr22.4, 因此，式（1-25）可寫成：

YB=NBNAO22.4×V×tvr=abNBNAB22.4abV×tvr

由于B的單程收率ZB=aNBbNAO ，因此式（1-26）又可寫成：

rV×t                        (1-27)

因為空速v0=vrV×t, ，代入式（1-27），即得到：

YB=122.4baZBv0

式（1-28）表示了反應產(chǎn)物的時空收率與單程收率及原料氣空速間的關系。

用時空收率表示催化劑活性具有簡單直觀的特點。但因時空收率不僅與反應速率有關，還與工藝操作條件有關。如空速增長，可使反應物在催化劑床層中的平均停留時間減少，使轉化率下降，但時空收率則不一定下降，有時還會增大，而此時催化劑的活性并未發(fā)生變化。所以，用時空收率來表示催化劑活性，有時并不十分確切。

（3）用反應速率表示

化學反應時物質(zhì)的量一定發(fā)生改變。反應速率表示反應的快慢。一般以單位時間（t）內(nèi)反應物消失的速率或產(chǎn)物生成的速率來表示。但采取的基準不同表示的形式也不同，一般采用以下幾種形式。

①以催化劑裝填體積為基準時

                        (1-29)

式中 V-催化劑裝填體積；

dNA- -在dt時間內(nèi)反應物減少量；

dNB- 在dt時間內(nèi)的反應產(chǎn)物增加量。

②以催化劑的質(zhì)量為基準時

                        (1-30)

式中m-催化劑裝填質(zhì)量（或重量）。

③以催化劑的表面積為基準時

                        (1-31)

      用反應速率比較催化劑的活性時，應保持反應條件相同，即必須保持反應時的溫度、壓力及反應物組成相同。工業(yè)催化劑的裝填通常以體積或質(zhì)量為基準。實驗室中由于催化劑樣品較少，測量體積易帶來誤差，故也常以質(zhì)量為基準。雖然用表面積為基準更能表征催化劑的催化活性，但因催化劑表面不是所有部位都有催化活性，即使兩種催化劑的化學組成及比表面積都相同，其表面上活性中心數(shù)也不一定都相同，需要考察表面上的活性中心濃度，故以表面積為基準的方法一般不常用。

（4）用轉化率表示

在多相催化反應中，當催化劑用量一定，反應物通入速率也不變時，單位時間內(nèi)流經(jīng)單位體積或單位質(zhì)量催化劑的反應物的體積或質(zhì)量，就是空間速率，即：

v0=VRV×t                             (1-32)

VR- -反應物體積；

V-催化劑體積；

t-反應時間。

空間速率的倒數(shù)是接觸時間，它表示反應物在催化劑床層停留的平均時間，常以T表示：

τ=1v0                              (1-33)

當接觸時間一定時，轉化率越大，反應速率也越快，因此可用轉化率表示催化劑的活性。設A為主要反應物，B為目的產(chǎn)物，則反應物A的轉化率XA 可寫成：

                         (1-34)

式中 NA- -反應后反應物A剩余的物質(zhì)的量；

N-反應物A總的物質(zhì)的量。

 雖然用轉化率表示催化劑活性并不確切，因反應轉化率并不和反應速率成正比，但計算簡單方便，仍為工業(yè)生產(chǎn)上所常用。

產(chǎn)品展示

產(chǎn)品詳情：

      近年來半導體行業(yè)的快速發(fā)展，超高純316L不銹鋼，符合SEMI F20標準，通過真空感應熔煉+真空自耗重熔（VIM+VAR），并使用特殊的工藝處理，對材料進行的提純，進一步減少了材料中的的非金屬夾雜物和氣體成分。EP管（316L，VIM+VAR）是表面經(jīng)過電解拋光處理，以提高產(chǎn)品內(nèi)部的平滑性，并在金屬表面形成富鉻層以提高耐腐蝕性，電解拋光后的產(chǎn)品做鈍化處理以去除游離鐵離子。EP拋光產(chǎn)品經(jīng) SEM、 ESCA/XPS、AES分析，產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量半導體協(xié)會 SEMI F20 標準。

      基于EP拋光（316L，VIM+VAR）技術的發(fā)展，鑫視科shinsco采用國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)生產(chǎn)的EP管（316L，VIM+VAR）和EP自動閥門，替換了光催化活性評價系統(tǒng)的原有玻璃管路和閥門，并實現(xiàn)了PLC全面控制整套系統(tǒng)，實現(xiàn)了SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)的全自動化運行。

    SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)(Photocatalytic activity evaluation system)沿用半導體行業(yè)的真空技術，將玻璃管路和閥門替換為EP管和EP自動閥，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的全自動控制實驗過程，全自動在線采樣分析，實現(xiàn)了實驗中真正的全自動運行。SSC-PCAE光催化活性評價系統(tǒng)主要應用于光解水、全解水、電催化、光催化CO2還原、光催化固氮、光電催化氣體產(chǎn)物分析、耐壓釜式反應、催化反應的微量氣體收集等。

產(chǎn)品優(yōu)勢：

1)        封閉反應的產(chǎn)物氣體收集、采樣、在線分析的一體化系統(tǒng)；

2)        內(nèi)置氣體磁力增壓泵，形成高強壓差，實現(xiàn)氣體快速混勻；

3)        全系統(tǒng)耐壓-14.6psi ~150psi，實現(xiàn)了從真空到10atm的壓力覆蓋；

4)        應用半導體材料（TiO2、InO、C3N4、CdS等）催化劑的活性評價；

5)        催化劑產(chǎn)氫、產(chǎn)氧、光解水的性能分析；

6)        催化劑二氧化碳還原的性能分析；

7)        系統(tǒng)可配和玻璃、石英、不銹鋼、PEEK、PTFE等材料制備的反應器使用

8)        可滿足光電反應、氣固反應、膜催化、多相反應等特殊實驗要求；

9)        系統(tǒng)管閥件全部采用EP（316L，VIM+VAR）管和EP閥，對氣體無吸附；

10)    系統(tǒng)即裝即用，可兼容任意廠家氣相色譜儀，無需額外增加進樣閥門；

11)    GC測試范圍廣，氫、氧、CO2、甲烷、CO、甲醛、C1-C5等微量氣體；