青浦区贵金属均相催化剂研究-均相光催化剂

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什么是贵金属催化剂

贵金属催化剂已经有很长的历史了,它的工业应用可以追溯到19世纪的70年代,以铂为催化剂的接触法制造硫酸的工业。1913年,铂网催化剂用于氨氧化制硝酸;1937年Ag/Al2O3催化剂用于乙烯氧化制环氧乙烷;1949年,Pt/Al2O3催化剂用于石油重整生产高品质汽油;1959年,PdCl2-CuCl2催化剂用于乙烯氧化制乙醛;到上世纪60年代末,又出现了甲醇低压羰基合成醋酸用铑络合物催化剂。从上世纪70年代起,汽车排气净化用贵金属催化剂(以铂为主,辅以钯、铑)大量推广应用,并很快发展为用量最大的贵金属催化剂。 贵金属催化剂的英文名称是precious metal catalyst,它主要是以铂族金属(Platinum Group Metal )为主的铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)等为催化活性组分的载体类非均相催化剂和铂族金属无机化合物或有机金属配合物组成的各类均相催化剂。铂族金属由于其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”,具有较高的催化活性,同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性,成为最重要的催化剂材料。 按催化剂的主要活性金属分类,常用的有:铂催化剂、钯催化剂和铑催化剂、钌催化剂等。贵金属催化剂由于其无可替代的催化活性和选择性,在石油、化工、医药、农药、食品、环保、能源、电子等领域中占有极其重要的地位。在石油和化学工业中的氢化还原、氧化脱氢、催化重整、氢化裂解、加氢脱硫、还原胺化、调聚、偶联、歧化、扩环、环化、羰基化、甲酰化、脱氯以及不对称合成等反应中,贵金属均是优良的催化剂。 在环保领域贵金属催化剂被广泛应用于汽车尾气净化、有机物催化燃烧、CO、NO氧化等。在新能源方面,贵金属催化剂是新型燃料电池开发中最关键的部分。 在电子、化工等领域贵金属催化剂被用于气体净化、提纯。催化技术是当今高新技术之一,也是能产生巨大经济效益和社会效益的技术。发达国家国民经济总产值的20%~30%直接来自催化剂和催化反应。化工产品生产过程中85%以上的反应都是在催化剂作用下进行的。 据分析表明,世界上70%的铑、40%的铂和50%的钯都应用于催化剂的制备。 我相信,在不久的未来贵金属催化剂在化学新领域的研究和开发中会有着越来越广泛的应用前景。

均相催化剂和多相催化剂有哪些优缺点?及其异同之处有哪些

1.活性高;2.选择性好:3.可以从分子水平分析催化机理.

补充:

均相催化顾名思义既是底物与催化剂同时存在于同一体系中(比如说溶液),由于接触面大、催化剂反应利用率高,一般具有较好的催化效果。多相催化一般既是底物与催化剂之间存在相界面,一般通过均相催化剂多相化(比如吸附、固载、键合于高分子树脂链、水-有机两相反应等)方法或者直接使用多相催化剂而在反应结束后可以分离底物产物混合物与催化剂本身,实现催化剂的循环回收利用,可以有效减少工业化生产的成本。但是均相催化剂多相化一直是应用化学的难点,因为均相催化与多相催化机理相似,但本质上差异很大,均相催化剂无论使用哪种方法多相化后其化学微环境仍然会发生改变,使得催化活性和选择性有所降低,同时如何使均相催化剂多相化后得以稳定也是该研究方向遇到的重要问题,即防止催化剂活性组分重新溶解与体系中,而产生催化剂的流失。现在多相催化效果较好的更多的还是原先就以多相催化方式存在的一些催化剂,均相催化剂在多相化后其活性和选择性难以再现,更受赞同的是微剂量催化方法,即使用一亿分之一等非常微小的催化剂用量直接进行均相反应,在高活性高选择性的反应结束后不再进行分离,ppm甚至ppb级别的残留已经符合产物纯度标准,而催化剂由于用量少成本微乎其微了。

什么叫均相催化和异相催化

异相催化又称多相催化或接触催化。指催化剂和反应物处于不同的相,在催化剂界面上引起的催化反应。在多相催化中最重要的是使用固体催化剂,反应物为液相或气相。催化反应在两相间的界面上发生,如接触法制硫酸中,钒催化剂与反应物之间的作用属异相催化。又如氨的合成和氧化、SO2氧化成SO3、烷烃脱氢成烯烃、石油裂化和重整、芳烃氧化成苯酐和顺酐等,均为异相催化过程。

均相催化是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。有液相和气相均相催化。液态酸碱催化剂,可溶性过渡金属化合物催化剂和碘、一氧化氮等气态分子催化剂的催化属于这一类。均相催化剂的活性中心比较均一,选择性较高,副反应较少,易于用光谱、波谱、同位素示踪等方法来研究催化剂的作用,反应动力学一般不复杂。但均相催化剂有难以分离、回收和再生的缺点。

什么是均相催化剂固相化?

七十年代以来,在催化学科中有一个领域发展迅速,引人注月。这就是均相催化剂的固相化。通常把反应介质为液体、催化剂也是液体的反应系统,称为均相催化反应。把液相催化剂称为均相催化剂。这类催化剂以金属络合物为主。反之,常把固体催化剂称为多相催化剂。目前在这二类催化剂的交叉区域正越来越引起大家的注意。均相催化剂固相化是指一种催化剂,它兼有均相催化剂和多相催化剂的特点。由均相络合催化剂的活性组分(多为过渡金属络合物)以物理和化学的方法负载于载体(有机高分子化合物或无机物)上制备的固体催化剂称为均相催化固相化,它既保持了均相络合催化剂高活性和高选择性的特点,又避免了均相催化过程中催化剂与反应产物难分离的缺点。

贵金属催化剂的组成及制备方法

均相催化剂的组成较单纯,通常为某种化合物。多相催化用负载型催化剂的组成较复杂,通常由活性金属组分、助催化剂及载体组成。助催化剂是添加到催化剂中的少量物质,它本身无活性或活性很小,但能改善催化剂的性能。载体是催化剂活性组分的分散剂或支持物。载体的主要作用是增加催化剂的有效表面,提供合适的孔结构,保证足够的机械强度和热稳定性。常用的催化剂载体有Al2O3、SiO2,多孔陶瓷、活性炭等。不同类型的催化剂有不同的制备方法。均相催化用催化剂的制备主要是用化学法获得所需化合物及有机络合物。多相催化用无载体催化剂(如Pt-Rh网)的制备是先用火法熔炼制成合金,然后经拉丝、织网而成。载体催化剂的制备较为复杂,一般是将载体原料经配料、成形、烧成等工艺过程加工成一定形状(如球状、柱状、蜂窝状),然后用浸渍法加载贵金属活性组分及助催化剂,最后经还原焙烧而成。


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