除少数贵金属外,一般工业中常用的催化剂都为多元催化剂,组成可分为三部分: 活性组分、助催化剂及载体。活性组分是催化剂的主体,是必备的、起催化作用的组分, 没有它就不能完成规定的催化反应。一些贵金属(Pt、Pd等)和过渡族的非贵金属(V、 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn等)及其氧化物常被选作催化燃烧催化剂的活性组分。 助催化剂物质单独存在时不具有所要求的活性,但它与活性组分共存时却可以提高活性 组分的活性,例如K2S04-V205催化剂,组元k2so4的存在可以大大提高v2o5催化so2 氧化为803的活性,K2S04是助催化剂。助催化剂的功能可能是提高活性组分对反应的 催化选择性或提高活性组分的稳定性。载体的功能是对活性组分起支撑作用,适合作催 化剂的载体材料有氧化铝、硅藻土、硅胶、活性炭、分子筛以及某些金属(例如,Ni、 Ni-Cr合金)等。催化剂载体可做成片状、粒状、柱状、蜂窝状等,然后将活性组分沉 积其上。为增加陶瓷载体比表面积,可在上面薄涂一层多孔材料(载体)。金属载体可 做成带状、蓬球状或丝网状,然后将活性组分(例如,Pt、Pd等)电镀或沉积在金属带或丝网上。
催化剂活性会随使用时间增加而缓慢下降,但应避免活性的迅速下降,并尽可能地 延长其寿命。造成催化剂活性下降甚至失活的主要原因有玷污、熔结与中毒。玷污是指 催化剂表面及活性中心被粉尘覆盖或碳沉积,造成比表面下降、活性下降;高温下长期使用的催化剂,可能有晶粒长大、熔结现象,导致比表面积下降,这些杂质可来自废气, 也可来自反应过程中某些产物甚至是反应产物。针对性地采取措施,可避免催化剂活性迅速下降。
催化剂老化,即催化剂活性缓慢下降,原因之一是由于腐蚀、磨损、蒸发等导致活 性组分损耗或者是由于活性催化中心数变化的热过程,这是可预期发生的事,设计及操 作时应予以考虑。
催化法选用催化剂的原则是:应根椐污染气体的成分和确定的化学反应来选择恰当 的催化剂,催化剂要求有很好的活性和选择性、足够的机械强度、良好的热稳定性和化 学稳定性。选择催化剂还要考虑其经济性。
几种常用的净化气态污染物的催化剂及其组成如表1-4所示。
表1_4常用的几种废气净化催化剂的组成
用途 |
主要活性物质 |
载体 |
助催化剂 |
so2氧化成so3 |
V2Os 6% 〜12% |
Si02 |
K20 或 Nap |
HC和CO氧化为 co2 和 h2o |
Pt、Pd、Rh |
Ni. NiO |
一 |
CuO、Cr203、Mn203和稀土类氧化物 |
Al203 |
— |
|
苯、甲苯氧化为 co2 和 h2o |
Pt、Pd 等 |
Ni 或 A1203 |
— |
CuO- Cx203> Mn02 |
A1A |
— |
|
汽车排气中HC和 C0的氧化 |
V205 4% 〜7% CuO 3% 〜7% |
Al203-Si02 |
Pt 0.01% 〜0.15% |
NO-还原为N2 |
Pt 或 Pd 0.5% |
Al203-Si02 Al203-Mg0 Ni |
— |
CuCr02 |
Al203-Si02 Al203-Mg0 |
— |
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