| 貴金屬催化劑的應(yīng)用 |
貴金屬催化劑(precious metal catalyst)一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度而本身又不參與反應(yīng)最終產(chǎn)物的貴金屬材料。幾乎所有的貴金屬都可用作催化劑，但常用的是鉑、鈀、銠、銀、釕等，其中尤以鉑、銠應(yīng)用最廣。它們的d電子軌道都未填滿，表面易吸附反應(yīng)物，且強(qiáng)度適中，利于形成中間“活性化合物”，具有較高的催化活性，同時(shí)還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優(yōu)良特性，成為最重要的催化劑材料。貴金屬催化劑對(duì)于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與環(huán)境和公眾健康有著密切的關(guān)系。如化學(xué)工業(yè)和石油加工業(yè)的發(fā)展均取擻于催化反應(yīng)，全世界85％以上的化學(xué)工業(yè)都與催化反應(yīng)有關(guān)。1930—1980年初．美國(guó)化工部門63種主要產(chǎn)品與34種工藝過(guò)程的革新是由化學(xué)工業(yè)帶來(lái)的，其中超過(guò)60％的產(chǎn)品與90％的過(guò)程是基于催化過(guò)程。一個(gè)新的催化過(guò)程商業(yè)化需要大量的投資，時(shí)問(wèn)長(zhǎng)達(dá)10一15年，催化劑的研究促使這個(gè)時(shí)間滯后減至最小。公眾對(duì)于化學(xué)品與工業(yè)排放物對(duì)環(huán)境的污染及治理生存空間狀況越來(lái)越關(guān)注，許多現(xiàn)代化的低成本且節(jié)能的環(huán)境技術(shù)是與催化技術(shù)相關(guān)的。汽車尾氣排放控制是國(guó)際性的戰(zhàn)略問(wèn)題．美國(guó)和部分歐洲國(guó)家此項(xiàng)催化劑得到了很好地發(fā)展和應(yīng)用。此外，有機(jī)廢物的生物降解，土壤、污水和地下水污染物處理，凈化石油污染物等都與貴金屬催化劑密不可分?，F(xiàn)代減少化學(xué)品對(duì)環(huán)境損害的三大策略是：盡可能減少?gòu)U棄物、廢氣排放減少和整治措施，貴金屬催化劑在其中將發(fā)揮巨大作用。簡(jiǎn)史1831年英國(guó)菲利普斯提出以鉑為催化劑的接觸法制造硫酸，到1875年該法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，這是貴金屬催化劑的最早工業(yè)應(yīng)用。此后，貴金屬催化劑的工業(yè)化應(yīng)用層出不窮。1913年，鉑網(wǎng)催化劑用于氨氧化制硝酸；1937年Ag／Al2O3催化劑用于乙烯氧化制環(huán)氧乙烷；1949年，Pt／Al2O3催化劑用于石油重整生產(chǎn)高品質(zhì)汽油；1959年，PdCl2-CuCl2催化劑用于乙烯氧化制乙醛；到本世紀(jì)60年代末，又出現(xiàn)了甲醇低壓羰基合成醋酸用銠絡(luò)合物催化劑。從1974年起，汽車排氣凈化用貴金屬催化劑(以鉑為主，輔以鈀、銠)大量推廣應(yīng)用，并很快發(fā)展為用量最大的貴金屬催化劑。貴金屬催化劑開發(fā)應(yīng)用百余年(1875～1994年)來(lái)，其發(fā)展勢(shì)頭長(zhǎng)盛不衰。新的品種、新的制備方法、新的應(yīng)用領(lǐng)域不斷出現(xiàn)，有關(guān)基礎(chǔ)理論也在不斷完善。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，貴金屬催化劑將會(huì)在一些新領(lǐng)域中繼續(xù)發(fā)揮重要作用。當(dāng)然，由于貴金屬資源稀少、價(jià)格昂貴，人們也在不斷研究開發(fā)非貴金屬或低含量貴金屬催化劑。貴金屬分類組成及制備方法按催化反應(yīng)類別，貴金屬催化劑可分為均相催化用和多相催化用兩大類。均相催化用催化劑通常為可溶性化合物(鹽或絡(luò)合物)，如氯化鈀、氯化銠、醋酸鈀、羰基銠、三苯膦羰基銠等。多相催化用催化劑為不溶性固體物，其主要形態(tài)為金屬絲網(wǎng)態(tài)和多孔無(wú)機(jī)載體負(fù)載金屬態(tài)。金屬絲網(wǎng)催化劑(如鉑網(wǎng)、銀網(wǎng))的應(yīng)用范圍及用量有限。絕大多數(shù)多相催化劑為載體負(fù)載貴金屬型，如Pt／A12O3、Pd／C、Ag／Al2O3、Rh／SiO2、Pt-Pd／Al2O3等。在全部催化反應(yīng)過(guò)程中，多相催化反應(yīng)占80％～90％。按載體的形狀，負(fù)載型催化劑又可分為微粒狀、球狀、柱狀及蜂窩狀。均相催化劑的組成較單純，通常為某種化合物。多相催化用負(fù)載型催化劑的組成較復(fù)雜，通常由活性金屬組分、助催化劑及載體組成。助催化劑是添加到催化劑中的少量物質(zhì)，它本身無(wú)活性或活性很小，但能改善催化劑的性能。載體是催化劑活性組分的分散劑或支持物。載體的主要作用是增加催化劑的有效表面，提供合適的孔結(jié)構(gòu)，保證足夠的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。常用的催化劑載體有Al2O3、SiO2，多孔陶瓷、活性炭等。不同類型的催化劑有不同的制備方法。均相催化用催化劑的制備主要是用化學(xué)法獲得所需化合物及有機(jī)絡(luò)合物。多相催化用無(wú)載體催化劑的制備是先用火法熔煉制成合金，然后經(jīng)拉絲、織網(wǎng)而成。載體催化劑的制備較為復(fù)雜，一般是將載體原料經(jīng)配料、成形、燒成等工藝過(guò)程加工成一定形狀(如球狀、柱狀、蜂窩狀)，然后用浸漬法加載貴金屬活性組分及助催化劑，最后經(jīng)還原焙燒而成。貴金屬的催化特性貴金屬催化劑在許多化學(xué)反應(yīng)中得到應(yīng)用，特別是鉑族金屬有高的催化活性。1996年在亞特蘭大召開的第l6屆有機(jī)反應(yīng)催化劑會(huì)議中，論述鉑族金屬催化劑的論文占70％_8J，貴金屬催化劑為何有如此好的催化作用呢?貴金屬屬過(guò)渡金屬元素，具有空的d能帶軌道，從而具有對(duì)反應(yīng)分子的親電性、親核性、氧化還原能力等性質(zhì)，由于其多樣性、多變性和在高活動(dòng)性，通過(guò)配位體或其它金屬離子的調(diào)變作用，使反應(yīng)分子活化或活化了的分子吸咐而穩(wěn)定下來(lái)，所以過(guò)渡金屬是組成催化劑 。 |
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