(1)活性。是衡量催化劑效能大小的標準。工業(yè)上通常以單位體積(或重量)催化劑在一定條件下,單位時間內(nèi)所得到的產(chǎn)品數(shù)量來表示。
(2)選擇性。是指催化劑作用的專一性,即在一定條件下,某一催化劑只對某一化學反應起加速作用。選擇性通常以反應后所得指望產(chǎn)物的克分子數(shù)與參加反應的原料克分子數(shù)之比的百分數(shù)表示。
(3)穩(wěn)定性。是指催化劑在使用過程中保持其活性及選擇性不變的能力,通常以使用壽命來表示。催化劑的良好性能不僅取決于活性金屬的固有特性(原子的電子結構等),而且取決于其結晶構造、粒子大小、比表面積、孔結構及分散狀態(tài)等因素。此外,助催化劑及載體對催化劑的性能也有重要影響。
催化劑失活指催化劑在使用中會因各種因素而失去活性的現(xiàn)象,貴金屬催化劑的失活原因一般分為中毒、燒結和熱失活、結焦和堵塞三大類。
中毒引起的失活
(1)暫時中毒(可逆中毒): 毒物在活性中心上吸附或化合時,生成的鍵強度相對較弱可以采取適當?shù)姆椒ǔザ疚铮勾呋瘎┗钚曰謴投粫绊懘呋瘎┑男再|(zhì),這種中毒叫做可逆中毒或暫時中毒。
(2)中毒(不可逆中毒): 毒物與催化劑活性組份相互作用,形成很強的的化學鍵,難以用一般的方法將毒物除去以使催化劑活性恢復,這種中毒叫做不可逆中毒或中毒。
(3)選擇性中毒: 催化劑中毒之后可能失去對某一反應的催化能力,但對別的反應仍有催化活性,這種現(xiàn)象稱為選擇中毒。在連串反應中,如果毒物僅使導致后繼反應的活性位中毒,則可使反應停留在中間階段,獲得高產(chǎn)率的中間產(chǎn)物。
結焦和堵塞引起的失活
催化劑表面上的含碳沉積物稱為結焦。以有機物為原料以固體為催化劑的多相催化反應過程幾乎都可能發(fā)生結焦。由于含碳物質(zhì)和/或其它物質(zhì)在催化劑孔中沉積,造成孔徑減小(或孔口縮小),使反應物分子不能擴散進入孔中,這種現(xiàn)象稱為堵塞。通常含碳沉積物可與水蒸氣或氫氣作用經(jīng)氣化除去,所以結焦失活是個可逆過程。 3
燒結和熱失活
催化劑的燒結和熱失活是指由高溫引起的催化劑結構和性能的變化。高溫除了引起催化劑的燒結外,還會引起其它變化,主要包括:化學組成和相組成的變化,半熔,晶粒長大,活性組分被載體包埋,活性組分由于生成揮發(fā)性物質(zhì)或可升華的物質(zhì)而流失等。
催化劑中的組分由兩種或兩種以上的金屬組成。例如負載在含氯的γ-氧化鋁上的鉑-錸等雙(多)金屬重整催化劑。它們比前述僅含鉑的重整催化劑有更優(yōu)越的性能,在這類催化劑中,負載在載體上的多種金屬可形成二元或多元的金屬原子簇,使活性組分的有效分散度大大提高。金屬原子簇化合物的概念早是從絡合催化劑中來的,將其應用到固體金屬催化劑中,可以認為金屬表面也有幾個、幾十個或更多個金屬原子聚集成簇。70年代以來,根據(jù)這一概念,提出了金屬原子簇活性中心的模型,用來解釋一些反應的機理。在負載型和非負載型多金屬催化劑中,若金屬組分之間形成合金,稱為合金催化劑。研究和應用較多的是二元合金催化劑,如銅-鎳、銅-鈀、鈀-銀、鈀-金、鉑-金、鉑-銅、鉑-銠等。可以通過調(diào)整合金的組成來調(diào)節(jié)催化劑的活性。某些合金催化劑的表面和體相內(nèi)的組成有著明顯的差異,如在鎳催化劑中加入少量銅后,由于銅在表面富集,使鎳催化劑原有表面構造發(fā)生變化,從而使乙烷加氫裂解活性迅速降低。合金催化劑在加氫、脫氫、氧化等方面均有應用。
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