催化剂|催化剂的基本特性|催化剂的基本组成

　　催化剂是能显著改变反应速率，且其自身的化学性质和数量在反应前后均保持不变的物质。催化剂在化学反应中有重要的地位。催化剂具有以下特点：①它能改变反应所需的活化能，改变反应速率;②在可逆反应中，对正逆反应都有催化作用;③在某一反应中，只有某种特定的催化剂能够发生催化反应等等。

　　1、催化裂化

　　裂化的目的是将廉价的重质油在高温下裂解成分子较小的碳氢化合物(如汽油)。并同时获得烯烃硬芳烃等化工原料。裂化反应在不使用催化剂的高温高压(高于650℃，1.5～2.0MPa)下进行，一般称为热裂化;也可在较低温度及压力(415～525℃，0.07～0.13MPa)下进行，此即为催化裂化。

　　催化裂化由于使用催化剂，比热裂化具有更多优点，如催化裂化所产汽油辛烷值高，安定性也好，适于作高压缩比汽油发动机的燃料，不易发生爆震现象。热裂化的汽油、柴油产率一般只有65%～70%，而催化裂化可达80%左右。热裂化装置在生产中由于会发生生焦现象，炉管会不断结焦。结焦达到一定程度就必须停工烧焦。而催化裂化则不受这种限制，只要采取适当措施减少设备腐蚀及磨损，就可延长开工周期。所以，自1930年催化裂化工艺开发成功以来，已成为裂化的主要工艺。

　　催化裂化催化剂早期使刚天然白土，其主要成分是硅酸铝，由于质量差，以后为合成硅铝催化剂所替代。自1960年开始，又开发出性能更好的分子筛催化剂。分子筛的种类很多，工业上常用的有A型、X型、Y型沸石及丝光沸石等，而用作裂化催化剂的主要是Y型使用分子筛的优点是：裂化时汽油产率、辛烷值提高。

　　2、催化重整

　　催化重整是现代炼油和石油化工的主要加工方法之一，目的是利用催化剂的作用将直馏汽油中的烃分子重新排列，以提高汽油的辛烷值，同时生产出具有宝贵用途的芳烃。

　　所谓“催化重整”就是烃类的分子结构重新排列成新的结构的意思：在有催化剂存在的条件下，对汽油馏分进行

　　催化剂中毒会导致催化剂在使用中失去活性。催化剂中毒的原因有几种可能，原科中所含的少量杂质，或是强吸附(多为化学吸附)在活性ZX上，或是与活性ZX起化学作用，变为别的物质，都能使活性ZX中毒。

　　催化剂毒物大致可分为两大类:性毒物和暂时性毒物。

　　1、暂时性毒物

　　Z常见的暂时性毒物是新鲜合成气中含有的少量的CO，CO2，和水蒸气等含氧化合物。不过这些含氧化合物造成的暂时性中毒可以通过降低负荷，提高催化剂床层温度等方法使被氧化的催化剂重新再生，从而恢复活性。

　　当有大量H2和催化剂存在时，所有的含氧化合物都能迅反应速转化成水汽，而后水汽分子又很快分解成为H2和原子氧。后者会立即被催化剂表面吸附，从而使α-Fe微晶烧结或引起晶面异变而失去活性。

　　CO，CO2会发生氢化作用转化成为CH4，同时放出大量的热量，也可以使催化剂活性ZXα-Fe微晶烧结而失去活性。此外CO2还能与催化剂中的促进剂K2O反应使其性质发生变化，也可造成催化剂活性降低。

　　此外如果合成塔内水汽含量过高而在停车后水汽冷凝成水，或在催化剂还原期间生成的大量水份，会溶解催化剂中的促进剂，形成的盐溶液，这不仅影响了催化剂的性质，而且盐溶液还可能会腐蚀合成塔内件，造成设备损坏事故。

　　2、性毒物

　　硫、氯、砷、磷、重金属等会引起的催化剂中毒属于性中毒。毒性介质占据催化剂活性ZX，造成活性ZX的减少，从而降低了催化剂的整体活性。而且这种催化剂活性的丧失是不可恢复和逆转的，严重时会使催化剂完全丧失活性，失去催化作用。

　　硫中毒在过去曾是催化剂中毒的一个主要问题。硫可以和催化剂中的单质铁发生反应生成稳定的化合物，减少了催化剂的活性ZX，而且生成的稳定化合物覆盖在催化剂表面，减少了催化剂的比表面积，进一步影响到催化剂的活性;另外当催化剂吸附硫后，其电子逸出功，使得尚未被硫覆盖的那部分催化剂表面对氮的吸附能力降低

　　催化剂载体是负载型催化剂的组成之一。催化剂载体能使制成的催化剂具有合适的形状、尺寸和机械强度，以符合工业反应器的操作要求;催化剂载体可使活性组分分散在载体表面上,获得较高的比表面积，提高单位质量活性组分的催化效率。

　　催化剂载体都是一些固体物质，已经知道，一些固体物质典型的活性显示及发生熔融的温度存在以下的规律性：①固体典型活性显示的温度顺序为：金属<氧化物≤硫化物;②发生固体熔融的温度为：氧化物>金属≥硫化物。

　　为此，依据催化剂载体物质的相对活性，可将催化剂载体分为两类，一类是非活性载体，它们是具有非缺陷晶体及非多孔聚集态的物质，也包括那些非过渡性绝缘元素或化合物。另一类为相对非活性载体，它们具有寄生的活性，可以YZ或利用。下图示出了按相对活性分类的一些载体名称。

　　属于非活性载体的又可分为合成物及天然物两类。合成物主要为氧化铝、氧化硅、氧化镁、硅酸铝及氧化锆等。它们可以制得较高的纯度，经高温熔结，可以制成疏松粉体、颗粒或块状物，具有低比表面积，能耐高温，用于负载活性极高的活性组分。天然物主要是一些含金属成分的矿石。

　　相对非活性载体又可分为绝缘体、半导体及金属三类。

　　1、绝缘体

　　绝缘体是一种导电能力小到可忽略不计的固体，是一些无定形或微晶形物质，价数不变而且稳定的金属氧化物常属于这种类型。天然物质有硅藻土、膨润土、蒙脱石、海泡石、蛭石及石棉等，用强酸处理后可以成为强酸性催化剂。

　　2、半导体

　　金属氧化物大都是半导体，它们在足够高的温度下表现出导电性。半导体的导电是由晶体中存在的结构缺陷所引起的，通常形成离子品格的氧化物具有半导体性质，而具有高熔融温度的半导体氧化物都可用作催化剂载体。TiO2、Cr2O3、ZnO等都是使用广泛的半导体，它们常用作加氢、脱氢及一些非贵金属催化剂的载体。

　　活性炭、石墨也属于半导体载体，活性炭的比表面积很

　　光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素，在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。

　　光催化剂大多是n型半导体材料(当前以为TiO2使用Z广泛)都具有区别于金属或绝缘物质的特别的能带结构，即在价带和导带之间存在一个禁带。

　　由于半导体的光吸收闻值与带隙具有式K=1240/Eg(eV)的关系，因此常用的宽带隙半导体的吸收波长闻值大都在紫外区域。当光子能量高于半导体吸收阀值的光照射半导体时，半导体的价带电子发生带间跃迁，即从价带跃迁到导带，从而产生光生电子(e-)和空穴(l+)。

　　此时吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形成超氧负离子，而空穴将吸附在催化剂表面的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化性，能将绝大多数的有机物氧化至Z终产物CO2和H2O，甚至对一些无机物也能彻底分解。

　　一、金属氧化物光催化剂

　　1、纳米TiO2系列光催化剂

　　TiO2一直是光催化研究的ZD，近年来，研究者通过外加场、离子搀杂、特殊形貌合成和氮改性等以提高TiO2系列光催化剂效率。

　　有学者在微波辅助下制备了B-N共掺杂的TiO2光催化剂，并将其用于亚甲基蓝溶液的降解，结果表明，与常规方法制备的TiO2 相比，反应进行4 h后，亚甲基蓝降解率提高11.6个百分点，达到91.6%。

　　有学者在硅基光电阴极上直接外延共生制备SrTiO3光催化剂并用于分解水实验，结果表明，在开环电压450 mV时，可得到高达35 mA·cm-2的光电流密度。

　　有学者采用水热法合成可见光相应的单晶TiO2纳米线阵列，并在500 ℃氮掺杂改性，发现禁带宽度从通常TiO2的3.2 eV降至2.4 eV，并且催化剂经过钴处理后光电化学性能进一步提高，在波长为450 nm的光照射下，