贵金属催化剂的特点
改变化学反应速度
自身不参与反应最终产物
几乎所有的贵金属都可以用作催化剂
其中,常用的贵金属催化剂有铂、钯、铑、银、钌等,其中以铂、铑的应用最为广泛。由于他们的d电子轨道都未填满,表面易吸附反应物,且强度适中,利于形成中间“活性化合物”。由于这个特性,具有较高的催化活性,且同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,成为重要的催化剂材料。
01贵金属催化剂的主要活性指标
01活性
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。
02选择性
选择性指催化剂作用的专一性,即在一定条件下,某一催化剂只对某一化学反应起加速作用。选择性通常以反应后所得到的希望产物的克分子数与参加反应的原料克分子数之比的百分数表示。
03稳定性
稳定性指催化剂在使用过程中保持其活性及选择性不变的能力,通常以使用寿命来表示。催化剂的良好性能不仅取决于活性金属的固有特性(原子的电子结构等),而且取决于其结晶构造、粒子大小、比表面积、孔结构及分散状态等因素。此外,助催化剂及载体对催化剂的性能也有重要影响。
02贵金属催化剂的分类
按照不同的分类原则,催化剂的所属类别都不一样。
01按载体的形状分
负载型催化剂又可分为微粒状、球状、柱状及蜂窝状。
02按催化剂的主要活性金属分
常用的有:银催化剂、铂催化剂、钯催化剂和铑催化剂。
03按催化反应类别分
贵金属催化剂可分为多相催化剂和均相催化剂两大类:
均相催化剂通常为可溶性化合物(盐或络合物),如氯化钯、氯化铑、醋酸钯、羰基铑、三苯膦羰基铑等。
多相催化剂为不溶性固体物,其主要形态为金属丝网态和多孔无机载体负载金属态。绝大多数多相催化剂为载体负载贵金属型,如Pt/Al2O3、Pd/C、Ag/Al2O3、Rh/SiO2、Pt-Pd/Al2O3、Pt-Rh/Al2O3等。
在全部催化反应过程中,多相催化反应占80%~90%。
03贵金属催化剂与传统催化剂的区别
01贵金属催化剂比普通金属催化剂要稳定,容易储存
贵金属在一般情况下不易发生化学反应,性质相对来说非常稳定(比如铝暴露在空气中很容易被氧化,变成氧化铝),常温下不易被氧化,高温下也不会自燃,一般酸碱无法腐蚀它,所以用贵金属催化剂制备以后,比一些普通金属催化剂要稳定,容易储存。
02贵金属催化剂在低温时具有更高的活性和选择性
研究发现,纳米级别的贵金属粒子和载体之间的相互作用会改变其表面的性质(几何结构和表面电子),可以加速反应,呈现很高的催化活性。
03贵金属催化剂的协同效应
不同贵金属催化剂之间不仅可以单独使用,也可以组合使用。
在组合使用时,不同催化剂之间存在协同效应(两种催化剂组合在一起使用时,催化活性大于分别使用两者的总和),使催化反应的活性大大增加。
且贵金属可以和一般金属形成不同含量比例和不同颗粒尺寸的组合催化剂,提高反应的选择性和催化剂的寿命(可使用时间的长短),降低催化剂的成本(存在自然界中的贵金属的量非常的少,所以其价格也比一般金属的要高很多)。
04制备方法简单,回收利用性能好
一些贵金属催化剂的合成条件温和、合成方法简单,且旧催化剂回收利用性能依然很好,成为目前研究最多的一类催化剂。
贵金属催化剂主要应用于氢化反应和氧化反应,目前为止,其研究主要集中在制备方法、粒径大小及与载体(负载贵金属颗粒的物质)之间的相互作用上。
贵金属催化剂虽然有种种优点,但我们也要意识到它不是万能的。在使用过程中,贵金属催化剂会因各种因素而失去活性,一般分为中毒、烧结和热失活、结焦和堵塞三大类。
04贵金属催化剂的上下游
01贵金属催化剂的上游原材料依赖进口
贵金属催化剂的上游主要涉及贵金属矿产、载体研制等。
贵金属在全球属于稀缺资源,贵金属催化剂的主要原材料是铂、钯等贵金属原料,而我国是铂族金属资源极度贫乏的国家,主要依赖于进口,价格受全球和行业经济周期的影响,具有变化快、波动大的特点。
贵金属催化剂的载体种类繁多,以硅酸盐、金属氧化物、炭载体为主。
02贵金属催化剂下游应用十分广泛
涉及石油化工、煤化工、医药、农药、食品、染料、颜料、化工新材料、环保、新能源、电子等各领域。
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