催化劑性能表征
指催化劑性能優劣的判斷指標。其中最主要的是動力學指標,對于固體催化劑還有宏觀結構指標和微觀結構指標。活性催化劑提高化學反應速率的性能的一種定量的表征。在實際應用中,用特定條件下某一反應物的轉化率或時空得率等數值來衡量它,例如下列反應: aA+bB─→cC+dD
催化劑含義
在化學反應里能改變反應物化學反應速率(提高或降低)而不改變化學平衡,且本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發生改變的物質叫催化劑(固體催化劑也叫觸媒)。據統計,約有90%以上的工業過程中使用催化劑,如化工、石化、生化、環保等。 [1] 催化劑種類繁多,按狀態可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應體系的相態分為均相催化劑和多相催化劑,均相催化劑有酸、堿、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑。催化劑在現代化學工業中占有極其重要的地位,例如,合成氨生產采用鐵催化劑,硫酸生產采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產中,都采用不同的催化劑。
催化劑組成
絕大多數催化劑有三類可以區分的組分:
活性組分、載體、助催化劑
活性組分
活性組分是催化劑的主要成分,有時由一種物質組成,有時由多種物質組成。
活性組分分類:
類別
導電性(反應類型)
催化反應舉例
金屬
導電體(氧化反應,還原反應)選擇性加氫;選擇性氫解;選擇性氧化
過渡金屬氧化物、硫化物
半導體(氧化還原)
選擇性加氫、脫氫;氫解;氧化
非過渡元素氧化物
絕緣體(碳離子反應,酸堿反應)
聚合、異構;裂化;脫水
載體
載體是催化活性組分的分散劑、黏合劑或支撐體,是負載活性組分的骨架。將活性組分、助催化劑組分負載于載體上所制得的催化劑成為負載型催化劑。
常用載體的類型:低比表面積的有:剛玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉、耐火磚;高比表面積的有:氧化鋁、SiO2-Al2O3、鐵礬土、白土、氧化鎂、硅膠、活性炭。
助催化劑
助催化劑是加入到催化劑中的少量物質,是催化劑的輔助成分,其本身沒有活性或者活性很小,但是它們加入到催化劑中后,可以改變催化劑的化學組成、化學結構、離子價態、酸堿性、晶格結構、表面結構、孔結構、分散狀態、機械強度等,從而提高催化劑的活性、選擇性、穩定性和壽命。
催化劑的測試指標和方法
1.催化劑密度:指單位體積催化劑所具有的質量
2.催化劑顆粒尺寸:篩分法(20-10000um)光透法(10-9000um)光學顯微鏡(0.1-10000um)掃描電子顯微鏡法(0.003-10000um)
3.比表面積測試
4.孔結構(孔徑、孔徑分布、孔容、孔隙率)5.機械強度
6.物相性質(晶體尺寸、形狀、配位、價態):XRD、TEM、TPR、TA、TG、NMR、EPS、IR、MOSS、XPS等
7.表面組成:XPS、AAS、AES、SIMS
其中光透法:指用激光(半導體或者氣體激光器)照射顆粒,光遇到顆粒會形成散射角度。其大小與顆粒大小有一定的關系(激光粒度儀)。而孔結構和比表面的測試是通過氮氣(或者氦氣,比較昂貴)在一定溫度下吸附其表面,通過吸附量來計算出比表面和孔隙率。
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