Video在线视频

接下来再看一下催化剂载体的种类

这里主要给大家简单总结一下

在工业催化剂设计开发过程中

能用到的典型的载体

这里并没有给大家介绍新型的载体

比如石墨烯载体

或者是碳纳米管载体等等之类的新型载体

这里主要是针对工业催化剂的载体的选择开发展开的

首先可以根据催化剂的比表面积

可以分为这种低比表面积载体

前面讲的传热性非常好的 碳化硅 钢铝石

这类一般认为是放热性比较大的氧化反应

但是这种比表面越小

它有个非常重要的问题

这个时候如果是负载催化剂

它只能是外表面的反应

所以说它要保证

它颗粒非常小而且在表面均匀度非常高

所以这个时候这种催化剂制备

很多时候就要考虑到有可能是生成膜催化剂

但有些时候有些催化剂

很多时候考虑的是它的传热效果

那么这时候的传热效果还要考虑不同区别

这种碳化硅 还有硅藻土

它可能存在不同区别

有的有酸性有的没有酸性

所以这就要看具体情况来进行选择

实际上在多相催化里面用最多的是一种大比表面积的载体

而大比表面积还分非多孔和多孔的载体

非多孔一般指的是纳米的氧化物载体

比如p25 大于25纳米的二氧化钛

还有氧化锌 氧化铬等等

这些一般用于做工业催化剂一般用于压片

或挤条成形的方法

得到了是最主要活性组分也是暴露在它外表面

只不过它的分散性会比较好

颗粒会比较小

所以得到的是均匀的催化剂

除此之外还有一种 用的比较广的多孔载体

这种多孔载体 因为它催化剂里面很多孔

而活性组分就分散在孔里面

所以这个时候 很多时候

它载体本身可以利用孔内的效应

在孔里面话有很多的活性组分

这样会提高它的反应浓度

所以在反应过过程中

可以体现出比较特殊的效果

比如分子筛的催化过程

同时这种多孔载体还存在问题

跟这种非多孔载体

因为颗粒与颗粒之间生成的是介孔结构

而这种多孔载体除了它表面积很大

还有个问题就可能会存在 它有小孔

小孔就存在个扩散阻力

所以可以说这种多孔材料有好处也有一定的坏处

相对于这种非多孔可能它的传质的效果

不如这个非多孔的载体好

所以具体选择就要看具体条件进行筛选

另外在工业上讲这种非多孔

可以采用这种挤条或压片用于固定床比较多

这种多孔除了这种挤条和压片还可以用很多的喷雾干燥

还有用在固定床和流化床的反应器里面

所以它用途应该是个更广的

除了按比表面积大小分类

载体还可以按酸碱性进行分类

前面给大家讲了酸性的载体

就有酸催化的沸石

还有沸石分子筛还有磷 铝 磷酸铝分子筛等等之类的

还有碳 表面改性的氧化硅 氧化铝等等很多

也有是碱性的氧化镁

氧化钙 氧化锌 氧化锰基本上都是碱土金属类的化合物

也有这种两性的既含有碱中心又含有酸中心的氧化铝

氧化钛还有氧化铈之类氧化物

还有中性 最主要是这些尖晶石的结构的催化材料

如果选择可以看一下这里给大家列出了

不同类的类型的载体

有时候是按反应温度选择

涉及到天然气转化过程中一般是高温反应

而且还要耐水就要选择非常重要的稳定载体

如果有些反应需要酸性就用酸性材料

碱性就可以采用碱性的载体

这是大概的分类

有些同学要筛选载体的时候参考

还可以给大家介绍一下

工业催化剂的开发跟催化材料开发不一样

很多时候是通过反应去确定催化剂的

确定催化剂需要大概多大的比表面积

多大的孔容

所以实际上在市场上可以买到

特定规格的比表面积和比孔容的催化剂载体

大家如果是做工业催化剂的开发

一定要在研究过程首先要明确

你做的针对的反应性是什么

工艺是什么

这个时候载体的表面积 孔容基本上定了

所以在此基础上可以大大缩小

缩小载体的筛选范围

同时研究成果也更能接近实际的需求

这个是做工业催化剂设计的同学需要注意的现象

要根据工业反应器 工业条件

来确定催化剂的比表面积性质和孔性质

优选催化剂的载体

很多时候可能是为了满足比表面积和孔性质 工业筛

可能不得不采用需要的酸碱性的载体也有可能

介绍完载体的分类

我们给大家简单介绍一下典型的载体

工业上用的最多的是氧化铝载体

氧化铝载体一般是一种具有一定的酸碱性

所以跟活性组分之间的作用力会比较强

所以说它的亲合性会比较好

同时氧化铝一般来说用的最多的是

高比表面积的η和γ氧化铝

因为它的酸性比较合适

特别是在重整催化剂里面用的会比较多

还有加氢脱硫催化剂

当然还有一种α氧化铝它是作为 比表面积非常小

它的酸性比较弱

可以做不需要酸催化反应

乙烯氧化制环氧乙烷

用的是α氧化铝负载的银催化剂等等

正是基于氧化铝有这种独特的结构它应用范围非常广

但反过来说就要考虑

氧化铝本身有η γ а σ等等结构

它们说明氧化铝的结构在不同反应条件下 它发生相变

所以在使用氧化铝中

就要考虑氧化

实际反应范围内的细分

会不会影响氧化铝的稳定性

这个是在工业催化剂选择过程中必须要考虑的

如果会影响它稳定性

要进行什么样的改性

或者是要改用想要什么样的载体

都是必须要考虑的

另外一个载体是硅胶

硅胶一般是作为 模型催化剂最好的载体

因为我们知道硅胶在大多数反应里面

它是惰性的

所以利用硅胶来负载分散金属

可以用于制备不同分散度的金属催化剂

这样可以考察结构敏感的反应

特别是硅胶还有个特点

它表面的羟基数目是可控的

那么这个时候可以利用表面羟基跟金属盐前驱体作用力

可以制备这种单原子或原子簇的催化剂

所以这样就可以考察很多模型催化剂的特点

要得到单原子催化剂特性

原子簇催化剂特性

可能最好的模型实际上是硅胶

而且还可以考察

因为这个羟基的密度可以通过焙烧温度进行改变

所以调变活性组分之间或金属颗粒之间距离

这样调变它的密度 距离来考察模型反应

或是催化反应机理

特别是前面讲的氢溢流机理

如果是原子氢溢流

它跟活性有关系

那肯定就跟 传输距离有关系

如果金属与金属之间的距离非常远

会看看它传输效果会怎么样

所以一般来讲硅胶催化剂

在基础研究里面用的最多的用于做模型催化剂

硅胶催化剂还有个非常重要特点

因为它的合成

研究的非常成熟

市场上可以找到各种不同规格的硅胶载体

可以用低密度的 中密度的还有常规密度的

可以通过不同孔径的筛选或者孔容孔径比表面积筛选

可以得到各种不同规格

而氧化硅的它是基本上是一种球形的颗粒

所以这种比表面积孔的结构控制

可通过硅胶颗粒尺寸的大小控制

所以可以利用硅胶得到很多

特别是如果做负载型催化剂

可以得到非常好的模型的催化剂

这个可以建议做基础研究

特别是开发活性组分的同学可以采用硅胶的载体

除此之外在精细化工里面用的比较广的载体是活性炭载体

这个活性炭 实际上它最重要特点是

表面可以存在很多的官能团

羰基 醌基和羟基等等

它在有些反应里面还可以促进活化作用

现在用了很多的石墨烯材料

它表面开始是疏水的

通过氧化引入这些含氧官能团

还可以改变它亲疏水性

所以在很多的界面反应里面

它可以得到非常有意思的效果

活性炭之所以在精细化工里面用的非常广

最重要的原因是活性炭精细化工里面用的最多的是贵金属

贵金属它的回收是非常重要

用活性炭载体可以非常容易的来回收贵金属催化剂

所以在做精细化工的同学

在开发新催化剂的时候

一般会推荐大家去选择 活性炭载体

因为这是最合适工业化的载体

那么除此之外还有典型的氧化物载体

二氧化钛

这二氧化钛催化剂应该说是最近

自从光催化以来 研究的最透彻最广泛的载体

我们知道p25

它的光催化降解性能是非常好的

那么除了二氧化钛可以做半导体催化剂

因为光催化实际上它还可以作为在很多反应做L酸催化

这个希望有些同学会引起重视

在光催化里面你们也考虑一下

在些有机物降解的时候

除了考虑到它导电性能

实际上也可以考虑到它的酸性

或者是不同结构不同缺位的酸性

对于染料中间体

或是有机物的吸附能力的活化能力的影响

这方面关注人会比较少

除此之外在高放热性的反应里面

还运用到熔点比较高的

这里边用得最多的是碳化硅的材料

但碳化硅的材料一般还有最大的缺点

它在氧化气氛里面容易被氧化

当然现在可以根据很多的规格

得到不同的碳化硅的材料

通过隙孔率 这个主要是基于传热角度上考虑的

如果是做汽车尾气的处理催化剂

或是做高温的甲烷部分氧化

碳化硅可以做为非常好的选择

除此之外还有一种整体型的催化剂

在脱硝、脱硫、脱二氧化硫催化剂里面

特别是在汽车尾气里面

实际上有整体型的载体

有时候也把它叫做蜂窝形的载体

大家可以看到 它有规整的孔结构

而这些孔的尺寸

基本上有时甚至在厘米 有的在毫米的尺度范围内

这种孔材料一般通过多种氧化物

通过挤条的形式来实现的

这种整体型的载体一般最重要特点

它没有气体径向的扩散

而且径向的传热量会非常低

所以对放热反应

会使得温度和反应的速度就迅速提高

用在汽车尾气的处理里面

可以提高催化剂的处理效果

这也是非常好的应用的方面

整体催化剂另一个重要特点

大家看一下作为整体

它表面积毕竟是有限的

而反应基本上在表面进行

所以对于需要大量活性位的反应

只于这种尾气的脱硝 汽车尾气里面

有机物含量浓度非常低

所以这个时候可能适合采用整体型的载体

这里给大家简单介绍一下整体性的载体材料

用锂辉石还有青箐石 还有碳化硅 氮化硅

只有青箐石在汽车尾气里面就用的非常广

大家看一下它的使用极限温度非常好

和耐冲击的性能也是非常好的载体材料