在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率(提高或降低)而不改變化學(xué)平衡,且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)叫
催化劑。據(jù)統(tǒng)計,約有90%以上的工業(yè)過程中使用
催化劑,如化工、石化、生化、環(huán)保等。 [1] 催化劑種類繁多,按狀態(tài)可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應(yīng)體系的相態(tài)分為均相催化劑和多相催化劑,均相催化劑有酸、堿、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑。催化劑在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中占有_其重要的地位,例如,合成氨生產(chǎn)采用鐵催化劑,硫酸生產(chǎn)采用釩催化劑,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產(chǎn)中,都采用不同的催化劑。
催化反應(yīng)特征:
催化反應(yīng)有四個基本特征,可以根據(jù)定義導(dǎo)出,對了解催化劑的功能很重要。
1、加速熱力學(xué)上可以進行的反應(yīng)。要求開發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)催化劑時,首先要對反應(yīng)進行熱力學(xué)分析,看它是否是熱力學(xué)上可行的反應(yīng)。
2、加速反應(yīng)趨于平衡,不能改變反應(yīng)的平衡位置(平衡常數(shù))。
3、反應(yīng)具有選擇性,當(dāng)反應(yīng)可能有一個以上不同方向時,催化劑僅加速其中一種,促使反應(yīng)速率和選擇性是統(tǒng)一的。
4、壽命長,催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率,其自身并不進入反應(yīng),在理想情況下催化劑不為反應(yīng)所改變。但在實際反應(yīng)過程中,催化劑長期受熱和化學(xué)作用,也會發(fā)生一些不可擬的物理化學(xué)變化。
根據(jù)催化劑的定義和特征分析,有三種重要的指標(biāo):活性、選擇性、穩(wěn)定性。
制造催化劑的每一種方法,實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便,人們把其中關(guān)鍵而具特色的操作單元的名稱定為制造方法的名稱。傳統(tǒng)的方法有機械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法(瀝濾法)、離子交換法等,現(xiàn)發(fā)展的新方法有化學(xué)鍵合法、纖維化法等。
1、機械混合法
將兩種以上的物質(zhì)加入混合設(shè)備內(nèi)混合。此法簡單易行,例如轉(zhuǎn)化-吸收型脫硫劑的制造,是將活性組分(如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅)與少量粘結(jié)劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續(xù)加入一個可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和傾斜度的轉(zhuǎn)盤中,同時噴入計量的水、粉料滾動混合粘結(jié),形成均勻直徑的球體,此球體再經(jīng)干燥、焙燒即為成品。
2.沉淀法
此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在制造多組分催化劑時,適宜的沉淀條件對于_產(chǎn)物組成的均勻性和制造質(zhì)優(yōu)催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑(如碳酸鈉、氫氧化鈣),經(jīng)沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化),即得產(chǎn)品。
3.浸漬法
將具有高孔隙率的載體(如硅藻土、氧化鋁、活性炭等)浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中,保持額定的溫度,溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝干,經(jīng)干燥、煅燒,載體內(nèi)表面上即附著一層所需的固態(tài)金屬氧化物或其鹽類。
4.噴霧蒸干法
用于制顆粒直徑為數(shù)十微米至數(shù)百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造,先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合,再與定量新制的硅凝膠混合,泵入噴霧干燥器內(nèi),經(jīng)噴頭霧化后,水分在熱氣流作用下蒸干,物料形成微球催化劑,從噴霧干燥器底部連續(xù)引出。
5.熱熔融法
熱熔融法是制備某些催化劑的特殊方法,適用于少數(shù)不得不經(jīng)過熔煉過程的催化劑,為的是借助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分布的混合物,配合需要的后續(xù)加工,可制得性能優(yōu)異的催化劑。
6.浸溶法
從多組分體系中,用適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)藥劑(或水)抽去部分物質(zhì),制成具有多孔結(jié)構(gòu)的催化劑。例如骨架鎳
催化劑的制造,將定量的鎳和鋁在電爐內(nèi)熔融,熔料冷卻后成為合金.將合金破碎成小顆粒,用氫氧化鈉水溶液浸泡,大部分鋁被溶出(生成偏鋁酸鈉),即形成多孔的高活性骨架鎳。