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关于贵金属催化剂你了解多少呢

发布日期:2021-12-28

贵金属催化剂广泛应用于各种能源、化工与冶金生产过程中。贵金属作为一种资源,产量少而且不易氧化。在使用过程中,提高贵金属催化剂的使用寿命、降低贵金属载量、增加贵金属的回收率尤其重要。那么关于贵金属催化剂你了解多少?下面我们将简单介绍一下贵金属催化剂的一些主要性能指标。

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常见贵金属催化剂的分类:

1.1多相催化

在全部催化反应过程中,多相催化反应占五分之四。多为不溶性固体物,大多数多相催化剂是载体负载贵金属型,如Pt一R h/AI2O3、Pt一Pd/ Al2O3等。其主要形态是金属丝网状和多孔无机载体负载金属状。金属丝网催化剂(如铂网、银网)的应用范围与用量有限。

1.2均相催化

通常为可溶性化合物(盐或络合物),如氯化钯、氯化铑、三苯膦羰基铑等。

1.3其他

按载体的形状,负载型催化剂又可分为球状、微粒状、蜂窝状及柱状。当然还可以按催化剂中的主要活性金属分类,常用的有:铂催化剂、钯催化剂和银催化剂等。

贵金属催化剂的特点:

贵金属大多数拥有美丽的色泽;具有较强的化学稳定性,一般条件下不易与其他化学物质发生化学反应。这些金属单质、氧化物、络合物都可以用作催化剂。这些金属原子由于最外层的d电子而具有特殊的活性,表现为易于结合氧原子和氢原子形成共价键,这使得原本的氧化反应和还原过程更加容易进行。在作用效果上,贵金属催化剂有选择性、协同作用和稳定性。

1.1贵金属的催化选择性

有时候对同一个有机反应,使用不同的贵金 属催化剂,则 会生成不同的产物。这对研究催化剂的催化机理和催化理论很有意义。其中最典型的就是对苯酚的H2加成反应在不同催化剂下得到不同产物。在使用Pd做催化剂时生成酮,在Ru、Rh的催化作用下生成醇,在Pt的催化下加氢脱水生成烷烃。

1.2贵金属催化剂的协同效应

贵金属催化剂之间可以组合使用,从而使得催化反应的活性大大增加。而且贵金属与贵金属以外的金属形成不同形貌不同比例的二元或多元合金,这样既可以降低贵金属的使用量,还可以提高催化反应的选择性和使用寿命。不仅如此,当贵金属催化剂和不同的载体组合使用时,采用不同的制备方法得到的催化性能也千差万别。正是由于贵金属催

化剂的协同作用,它的使用范围和研究领域也丰

1.3贵金属催化剂的稳定

贵金属本身具有化学稳定性,它在空气中常温下不易被氧化,高温下也不会自燃,不会 被一般的酸碱腐蚀。而且,它的熔点高, 耐热性能也很好,这样导致它的储存也非常方便。贵金属在温和的条件下也不易形成卤化物或是硫化物,也就不像普通的催化剂那样被毒化。硫磺或是CO可以被贵金属吸附短暂失活,但是在一定的条件下又可以脱附恢复活性,而不是形成稳定的羰基化合物或硫化物而永久失活。贵金属催化剂在另一方面也导致它存在不容易洗脱、回收困难的缺陷。贵金属在以单质形式存在时,由于它的稳定性,对人体不表现出毒性。然而当它以化合物或络合物的形式存在时,它变成了一种具有强氧化性的毒物。

1.4贵金属催化剂的活性

贵金属催化剂的活性是衡量催化剂效能大小.的标准。工业上通常以单位体积(或重量)催化剂在一定条件下,单位时间内所得到的产品数量来表示。

贵金属催化剂的研发

由于贵金属催化剂的协同作用,催化剂中丰富的金属粒径和形貌、不同金属不同比例的合金催化剂以及各种各样的催化剂载体的设计和研究工作使得贵金属该类催化剂应用越来越广泛。Pd、Pt、Ir等金属的催化作用有一个最小的粒子簇尺寸,当小于这个尺寸, 就会展现出离子的性质,大于这个尺寸才会 .展现原子的性质。这个最小尺寸可以通过金属的晶体结构看出来。-般来说,金属粒子 的粒径小,它的催 化活性较高。我们可以通过控制制备方法、制备条件来控制粒径的大小。

贵金属的合金催化剂也是人们开发的重点之有的单金属催化剂完全没有活性,但是与其他催化剂合金化后活性大大增加,甚至是简简单单的物理混合也能提升催化活性。其中最典型的例子就是碳载体Ru与Pd的合金催化炔类加氢的反应。通过合金化,不仅可以提高催化反应的活性,还可以提高催化反应的选择性和使用寿命。在丙烯选择性氧化制备丙烯醛时,使用不同比例的CuAu合金,可以改变产物的转化率。Au的含量为40%时,产物的转化率为15%,选择性可达82%。当Au的含量为0时,选择性只有百分之几。

另外选择合适的贵金属载体、对催化剂进行修饰等也常常成为科研工作者研究的方向。现在很多结构与形貌可控的载体都比较常见。-般来说,载体的选择经常要考虑到反应发生的环境。不同种类的溶剂对不同载体影响很大。对于比表面积小的载体而言,催化剂的活性受其影响不大。比较常见的载体有碳质、硫酸钡、碳酸钡、碳酸钙、三氧化二铝、硅藻土、碳酸镁等。有些没有活性的,例如,低温条件下,贵金属Au对CO的氧化反应没有催化活性,但Au被负载在 a-Fe2O3上,则催化作用 比一般的一氧化碳氧化催化剂的性能还要好。

贵金属催化剂以其优良的活性、选择性、稳定性以及协同效应而倍受重视,广~泛用于氧化、还原、加氢、脱氢、裂化、合成、异构化、芳构化等反应,在各种化工、医药、环保及新能源等领域起着非常重要的作用,特别是在高分子材料的合成方面有着较为突出的贡献。就目前而言,催化剂的催化效率、选择性和使用寿命是贵金属催化剂的焦点。科研工作者对这一类催化剂的深入研究,从而更加微观地揭示结构与性能的一-般规律,这对化学的理论研究有很大的帮助。随着科学技术的进-步发展,各种各样的新型贵金属催化剂一定会在更加广泛的领域发挥重要的作用。

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