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貴金屬催化劑—非均相催化劑(Heterogeneous Catalysts)

一、定義
催化劑和反應物屬不同物相,又稱多相催化劑,反應在其相界面上進行,呈現在不同相的反應中(例如:固態催化劑在液態混合反應),一般為固體催化劑。
二、非均相催化的特點
1、反應速率受擴散影響
2、產物與催化劑容易分離
3、活性組份有較高分散度
三、貴金屬非均相催化劑簡介
貴金屬載體催化劑地運用于各種不同的反應,包括加氫、脫氫、氫解、氧化、歧化和異構化反應。許多重要的有機轉化都是以催化加氫的方式完成的。這些反應中很多都發生在液相中,應用的是間歇式料漿法和一種非均相鉑族金屬載體催化劑。鉑族金屬催化劑可以氫化大部分有機官能團。對于一個新催化工藝,催化劑或催化體系的選擇需要考慮許多重要的工藝和經濟性。選擇貴金屬催化劑的過程可以分成不同的組成部分。關鍵催化劑特性必須是高活性、高選擇性、高回收性能以及可過濾性。重要的過程組分包括催化金屬的選擇、載體的選擇、反應器設計、傳熱與傳質、催化劑設計、催化劑分離以及失活催化劑的回收與凈化。
1. 金屬的選擇 
    催化劑性能主要由貴金屬組分決定。選擇一種金屬既要考慮它讓反應速率加快的能力也要考慮其完成無用反應的能力。對于炔烴、烯烴、芳醛和芳酮中的羰基、脂肪硝基化合物的加氫反應、還原性烷基化反應、氫解反應和加氫脫鹵反應而言,鈀是首選金屬。對鹵代芳烴硝基化合物的選擇性加氫反應以及還原性烷基化反應來說,鉑是代表性首選金屬。銠用于芳環和烯烴加氫反應,而釕用于芳環和脂肪醛和酮的加氫反應。 
 
2. 載體的選擇
    一般而言,催化載體應該顧及金屬的高分散度。載體的選擇主要由反應體系的類型來決定。一個載體必須在反應中和再生條件下保持穩定,并且不能與溶劑、反應物和產物反生可逆反應。常見的粉狀載體包括活性炭(C),氧化鋁(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、二氧化硅-氧化鋁、炭黑(C)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、碳酸鈣(CaCO3)、硫酸鋇(BaSO4)。 
    大多數的貴金屬催化劑負載于活性炭或氧化鋁上。載體可以影響催化劑的活性、選擇性、回收、凈化以及原料處理與重生性,載體的關鍵特性包括比表面積、孔隙容積、孔隙大小分布、顆料大小、耐磨耗性、酸度、堿度、雜質能階以及增進金屬與載體交互作用的能力。金屬分散度隨著載體比表面積的增加而增大。體對鉑的影響  
    載體的多孔性影響金屬分散與分布、金屬燒結性、反應物的內擴散以及產物和不良影響。較小的載體微粒尺寸會使催化活性增加,但同時會過濾性降低。載體必須擁有合理的機械性能、耐磨性和硬度。耐磨性載體賦予多種催化劑回收與快速過濾的性能。載體雜質可能會減弱金屬的活性而加強催化劑選擇性。 
    負載在載體上的貴金屬濃度通常在1%-10%之間。對活性炭而言,實際使用的金屬濃度限度為0.1%-20%,對氧化鋁來說為0.1%-5%。相對催化劑活度通常會隨著相同濃度金屬負載量的下降而增大。  

 ,而均相催化劑則是呈現在同一相的反應(例如:液態催化劑在液態混合反應)。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面,反應物內的鍵因十分的脆弱而導致新的鍵產生,但又因產物與催化劑間的鍵并不牢固,而使產物出現。目前已知許多表反應發生吸附反應的不同可能性的結構位置。
  僅僅由于本身的存在就能加快或減慢化學反應速率,而本身的組成和質量并不改變的物質就叫催化劑。催化劑跟反應物同處于均勻的氣相或液相時,叫做單相催化作用;

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