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催化劑載體該如何實(shí)現(xiàn)催化效果

點(diǎn)擊次數(shù):2077  更新時(shí)間:2020-04-21    

特定的催化劑載體只能對(duì)特定的化學(xué)反應(yīng)有效,這中常被稱為催化劑的“選擇性”。當(dāng)然,這種選擇也是一種“雙向選擇”。這意味著,并不存在一種催化劑,能夠催化一切的化學(xué)反應(yīng)。一般情況下,某種催化劑只能對(duì)特定的某個(gè)或某類化學(xué)反應(yīng)具有催化作用。同時(shí),也不存在一個(gè)化學(xué)反應(yīng),所有催化劑都能對(duì)其有催化作用。一般情況下,某個(gè)化學(xué)反應(yīng),能夠?qū)ζ渚哂写呋饔玫奈镔|(zhì)并不會(huì)很多,而且催化效率也有差異。

在化工生產(chǎn)中,經(jīng)常存在這樣的情況,原料在反應(yīng)條件下可能發(fā)生多個(gè)化學(xué)反應(yīng)、產(chǎn)生多種產(chǎn)物,其中一般只有一個(gè)反應(yīng)是人們希望發(fā)生的(常稱為主反應(yīng)),其產(chǎn)物(常稱為主產(chǎn)物)是人們需要制取得到的;而另外一些反應(yīng),人們并不希望其發(fā)生,因?yàn)檫@些反應(yīng)不僅浪費(fèi)了原料,而且反應(yīng)的產(chǎn)物混雜在主產(chǎn)物中,使得產(chǎn)物的純度降低。化工生產(chǎn)上常把這些伴隨著主反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)稱為副反應(yīng),把副反應(yīng)的產(chǎn)物稱為副產(chǎn)物。如何減少副反應(yīng)的發(fā)生,減少生成副產(chǎn)物的量,是幾乎每一個(gè)化工生產(chǎn)反應(yīng)都要考慮的問(wèn)題。在這方面,催化劑的“選擇性”有著重要的作用。因此,在化工生產(chǎn)中,科學(xué)家們常常會(huì)利用催化劑對(duì)反應(yīng)的選擇性,使用特定的催化劑,“選擇”主反應(yīng)而排斥其他副反應(yīng),使得主反應(yīng)加速,從而得到較多的主產(chǎn)物,減少其他副反應(yīng)和副產(chǎn)物。例如乙醇在高溫時(shí)可發(fā)生脫氫反應(yīng)變成乙醛,也可發(fā)生脫水反應(yīng)變成乙烯,銀催化劑能催化前一個(gè)反應(yīng),而氧化鋁催化劑則能催化后一個(gè)反應(yīng)。顯然,工業(yè)上用乙醇脫氫制乙醛,應(yīng)該使用銀催化劑,這能大限度地減少產(chǎn)物中副產(chǎn)物乙烯的量,而如果不慎選用了氧化鋁催化劑,那結(jié)果只能是適得其反。

催化劑要在特定的條件下才能發(fā)揮其佳效果。例如合成氨使用的鐵催化劑,其佳工作溫度為500℃左右,在這個(gè)溫度下,它的催化能力是強(qiáng)的。正基于此,工業(yè)上合成氨的溫度通常控制在500℃左右。當(dāng)然,不同的催化劑所需的佳溫度并不相同,合成氨的鐵催化劑需要在500℃左右使用,而有些催化劑在500℃可能早就因?yàn)楦邷囟Щ盍恕K裕瑧?yīng)根據(jù)催化劑的本性選擇適宜的反應(yīng)條件,而不能“依樣畫葫蘆”。

工業(yè)催化劑通常還需要一定的載體和助催化劑。俗話說(shuō)得好:一個(gè)籬笆三根樁,一個(gè)好漢三個(gè)幫。催化劑也是如此。一種工業(yè)催化劑要達(dá)到優(yōu)異的催化性能,光有活性物質(zhì)是不夠的。通常情況下,工業(yè)催化劑里除了起核心作用的催化活性物質(zhì)外,還可能包含載體和助催化劑。為了更好地實(shí)現(xiàn)催化劑催化效果,除了活性物質(zhì)外,科學(xué)家們?cè)诖呋瘎├锛尤肓硗獾囊环N或幾種物質(zhì),來(lái)增強(qiáng)催化劑的催化作用,所加入的物質(zhì)稱為助催化劑。例如,工業(yè)制硫酸的重要反應(yīng)——二氧化硫催化氧化成三氧化硫,其催化劑是五氧化二礬,通常以硅藻土為載體,以硫酸鉀等堿金屬的硫酸鹽作為助催化劑,這樣才能獲得佳的催化效果。