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金属催化剂的分类及用处

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  金属催化剂的分类及用途_能源/化工_工程科技_专业资料。金属催化剂的分类及用途

  金属催化剂的分类及用途 金属催化剂是以金属为主要活性组分的固体催化剂。主要是贵金属及 铁、钴、镍等过渡元。金属催化剂是一类重要的工业催化剂。主要包括块 状金属催化剂,如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等;分散和负 载型催化剂,如 Pt-Re-∕η -Al2O3 重整催化剂、Ni/ Al2O3 加氢催化剂;合 金催化剂,金属互化物催化剂;金属簇状物催化剂。这五类金属催化剂中, 前两类是主要的,后三类在 70 年代后有了新的发展。 下面我对我对金属催化剂的具体分类以及各类催化剂的用途进行介 绍。 一﹑按催化剂的活性组分是否负载在载体上分类:( 1 )﹑非负载型催 化剂( 2 )﹑负载型金属催化剂。 1 .非负载型金属催化剂 指不含载体的金属催化剂,按组成又可分单金属和合金两类。通 常以骨架 金属催化剂 金属、金属丝网、金属粉末、金属颗粒、金属屑片和金属蒸发膜等形式应 用。骨架金属催化剂,是将具催化活性的金属和铝或硅制成合金,再用氢 氧化钠溶液将铝或硅溶解掉,形成金属骨架。工业上最常用的骨架催化剂 是骨架镍 ,1925 年由美国的 M. 雷尼发明 , 故又称雷尼镍。骨架镍催化剂广泛 应用于加氢反应中。其他骨架催化剂还有骨架钴、骨架铜和骨架铁等。典 型的金属丝网催化剂为铂网(见图)和铂 - 铑合金网 , 应用在氨化氧化生产硝 化的工艺 上。 2 .负载型金属催化剂 金属组分负载在载体上的催化剂,用以提高金属组分的分散度 和热稳定性,使催化剂有合适的孔结构、形状和机械强度。大多数负 载型金属催化剂是将金属盐类溶液浸渍在载体上,经沉淀转化或热分 解后还原制得。制备负载型金属催化剂的关键之一是控制热处理和还 原条件。 二﹑按催化剂活性组分是一种或多种金属元素分类 :( 1 )、 单金属催化剂 ( 2 )、 多金属催化剂 1 .单金属催化剂 指只有一种金属组分的催化剂。例如 1949 年工业上首先应用 的铂重整催化剂,活性组分为单一的金属铂负载在含氟或氯的 η -氧化 铝上。用途如:铑做催化剂用于汽车工业的废气排放的控制和对于磷配合 物的合成,加氢反应和加氢甲酰化(即羰基化)。铂为催化剂的接触法制 造硫酸,铂网催化剂用于氨氧化制硝酸等; 2 .多金属催化剂 催化剂中的组分由两种或两种以上的金属组成。例如负载在 含氯的 γ -氧化铝上的铂 - 铼等双 ( 多 ) 金属重整催化剂。它们比前述仅含 铂的重整催化剂有更优越的性能,在这类催化剂中,负载在载体上 的 多种金属可形成二元或多元的金属原子簇,使活性组分的有效分散度 大大提高。金属原子簇化合物的概念最早是从络合催化剂中来的,将 其应用到固体金属催化剂中,可以认为金属表面也有几个、几十个或 更多个金属原子聚集成簇。 70 年代以来,根据这一概念,提出了金属 原子簇活性中心的模型,用来解释一些反应的机理。在负载型和非负 载型多金属催化剂中,若金属组分之间形成合金,称为合金催化剂。 研究和应用较多的是二元合金催化剂,如铜 - 镍、铜 - 钯、钯 - 银、钯 - 金、 铂 - 金、铂 -铜、铂-铑等。可以通过调整合金的组成来调节催化剂的活 性。某些合金催化剂的表面和体相内的组成有着明显的差异,如在镍 催化剂中加入少量铜后,由于铜在表面富集,使镍催化剂原有表面构 造发生变化,从而使乙烷加氢裂解活性迅速降低。合金催化剂在加氢、 脱氢、氧化等方面均有应用。 金属催化剂还可分类中还有:金属簇状催化剂,合金催化剂,非晶态 合金催化剂,金属膜催化剂。 (1)金属簇状催化剂 团簇的化学特征上表现出随团簇的原子或分子个数 n 的增大而产生奇 偶振荡性和幻数特征。金属簇在不同 n 值时反应速率常数的差别可达 103。 关于金属簇状催化剂的催化性能,一 Fe、Co、Ru 的同核和异核簇合物做为 催化剂在烯烃的醛化反应和氢羰甲基化反应中具有较高的催化活性和选择 性。而在乙烯的氢甲酰化反应中,使用 Ru-Co 或 Re-Fe 双金属簇合物的催 化活性远大于单金属的催化剂。 用氧化铝载体分别负载 Pt 原子簇化合物 Pt3(μ -Co)3(pph3)4 和[Pt3 (CO)6]5[N(C2H5)4]2,用于正庚烷的转化,在无梯度反应器内进行,反应 温度 500℃,压力 1.2MPa,空速为 3.0h-1,其反应活性,异构化的选择性和 稳定性都高于常规的 Pt 的催化剂。 (2)合金催化剂 金属的特性会因加入其它金属形成合金而改变。研究表明,他们对化 学吸附的强度、催化活性与选择性等效应,都会改变。故合金催化剂是金 属催化剂中新的一类,应单独讨论。 双金属系中作为合金催化剂研究的主要有三大类。第一类为第Ⅷ族和 ⅠB 族元素所组成的双金属系,如 Ni-Cu、Pd-Au 等;第二类为两种第ⅠB 元素所组成的,如 Ag-Au、Cu-Au 等;第三类为两种Ⅷ族元素所组成的, 如 Pt-Ir、Ft-Fe 等。 第一类催化剂用于烃的氢解、加氢和脱氢等反应;第二类催化剂曾用 于改善部分氧化反应的选择性;第三类催化剂曾用于增强催化剂活性的稳 定性。 双金属合金催化剂的应用,在多相催化发展史上曾写下过辉煌的一夜。 炼油工业中 Pt-Re 及 Pt-Ir 重整催化剂的应用,开创了无铅汽油的主要来源。 汽车废气催化燃烧所用的 Pt-Rh 及 Pt- Pd 催化剂, 对防止空气污染起到了重 要的作用。这两类催化剂的应用,对改善人类生活环境起着极为重要的作 用。 合金催化剂中还包括非晶态合金催化剂,是在 20 世纪 60 年代初发现 的。这类材料大多由过渡金属和类金属组成,通常是在熔融状态下的金属 经淬冷而得到类似于普通玻璃结构的非晶态物质。非晶态合金催化剂主要 有两大类:一类是第Ⅷ族过渡金属和类金属的合金,如 Ni-P、Co-B-Si 等; 另一类是金属与金属的合金,如 Ni-Zr、Cu-Zn、Ni-Ti 等。 非晶态合金催化剂主要用于电极催化、加氢、脱氢、异构化及分解等 反应。 在选择和设计金属催化剂时,常考虑金属

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