金属催化剂的分类及用途.doc

金属催化剂的分类及用途金属催化剂是以金属为主要活性组分的固体催化剂。主要是贵金属及铁、钴、镍等过渡元。金属催化剂是一类重要的工业催化剂。主要包括块状金属催化剂，如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等；分散和负载型催化剂，如Pt-Re-Al2O3重整催化剂、Ni/ Al2O3加氢催化剂；合金催化剂，金属互化物催化剂；金属簇状物催化剂。这五类金属催化剂中，前两类是主要的，后三类在70年代后有了新的发展。下面我对我对金属催化剂的具体分类以及各类催化剂的用途进行介绍。一按催化剂的活性组分是否负载在载体上分类：（1）非负载型催化剂（2）负载型金属催化剂。1非负载型金属催化剂 指不含载体的金属催化剂，按组成又可分单金属和合金两类。通常以骨架金属催化剂金属、金属丝网、金属粉末、金属颗粒、金属屑片和金属蒸发膜等形式应用。骨架金属催化剂，是将具催化活性的金属和铝或硅制成合金，再用氢氧化钠溶液将铝或硅溶解掉，形成金属骨架。工业上最常用的骨架催化剂是骨架镍,1925年由美国的M.雷尼发明,故又称雷尼镍。骨架镍催化剂广泛应用于加氢反应中。其他骨架催化剂还有骨架钴、骨架铜和骨架铁等。典型的金属丝网催化剂为铂网（见图）和铂-铑合金网,应用在氨化氧化生产硝化的工艺上。2负载型金属催化剂金属组分负载在载体上的催化剂，用以提高金属组分的分散度和热稳定性，使催化剂有合适的孔结构、形状和机械强度。大多数负载型金属催化剂是将金属盐类溶液浸渍在载体上，经沉淀转化或热分解后还原制得。制备负载型金属催化剂的关键之一是控制热处理和还原条件。二按催化剂活性组分是一种或多种金属元素分类：（1）、单金属催化剂（2）、多金属催化剂 1单金属催化剂 指只有一种金属组分的催化剂。例如1949年工业上首先应用的铂重整催化剂，活性组分为单一的金属铂负载在含氟或氯的-氧化铝上。用途如：铑做催化剂用于汽车工业的废气排放的控制和对于磷配合物的合成，加氢反应和加氢甲酰化（即羰基化）。铂为催化剂的接触法制造硫酸，铂网催化剂用于氨氧化制硝酸等；2多金属催化剂催化剂中的组分由两种或两种以上的金属组成。例如负载在含氯的-氧化铝上的铂-铼等双(多)金属重整催化剂。它们比前述仅含铂的重整催化剂有更优越的性能，在这类催化剂中，负载在载体上的多种金属可形成二元或多元的金属原子簇，使活性组分的有效分散度大大提高。金属原子簇化合物的概念最早是从络合催化剂中来的，将其应用到固体金属催化剂中，可以认为金属表面也有几个、几十个或更多个金属原子聚集成簇。70年代以来，根据这一概念，提出了金属原子簇活性中心的模型，用来解释一些反应的机理。在负载型和非负载型多金属催化剂中，若金属组分之间形成合金，称为合金催化剂。研究和应用较多的是二元合金催化剂，如铜-镍、铜-钯、钯-银、钯-金、铂-金、铂-铜、铂铑等。可以通过调整合金的组成来调节催化剂的活性。某些合金催化剂的表面和体相内的组成有着明显的差异，如在镍催化剂中加入少量铜后，由于铜在表面富集，使镍催化剂原有表面构造发生变化，从而使乙烷加氢裂解活性迅速降低。合金催化剂在加氢、脱氢、氧化等方面均有应用。金属催化剂还可分类中还有：金属簇状催化剂，合金催化剂，非晶态合金催化剂，金属膜催化剂。（1）金属簇状催化剂团簇的化学特征上表现出随团簇的原子或分子个数n的增大而产生奇偶振荡性和幻数特征。金属簇在不同n值时反应速率常数的差别可达103。关于金属簇状催化剂的催化性能，一Fe、Co、Ru的同核和异核簇合物做为催化剂在烯烃的醛化反应和氢羰甲基化反应中具有较高的催化活性和选择性。而在乙烯的氢甲酰化反应中，使用Ru-Co或Re-Fe双金属簇合物的催化活性远大于单金属的催化剂。用氧化铝载体分别负载Pt原子簇化合物Pt3（-Co）3（pph3）4和Pt3（CO）65N(C2H5)42，用于正庚烷的转化，在无梯度反应器内进行，反应温度500，压力1.2MPa，空速为3.0h-1，其反应活性，异构化的选择性和稳定性都高于常规的Pt的催化剂。（2）合金催化剂金属的特性会因加入其它金属形成合金而改变。研究表明，他们对化学吸附的强度、催化活性与选择性等效应，都会改变。故合金催化剂是金属催化剂中新的一类，应单独讨论。双金属系中作为合金催化剂研究的主要有三大类。第一类为第族和B族元素所组成的双金属系，如Ni-Cu、Pd-Au等；第二类为两种第B元素所组成的，如Ag-Au、Cu-Au等；第三类为两种族元素所组成的，如Pt-Ir、Ft-Fe等。第一类催化剂用于烃的氢解、加氢和脱氢等反应；第二类催化剂曾用于改善部分氧化反应的选择性；第三类催化剂曾用于增强催化剂活性的稳定性。双金属合金催化剂的应用，在多相催化发展史上曾写下过辉煌的一夜。炼油工业中Pt-Re及Pt-Ir重整催化剂的应用，开创了无铅汽油的主要来源。汽车废气催化燃烧所用的Pt-Rh及Pt- Pd催化剂，对防止空气污染起到了重要的作用。这两类催化剂的应用，对改善人类生活环境起着极为重要的作用。合金催化剂中还包括非晶态合金催化剂，是在20世纪60年代初发现的。这类材料大多由过渡金属和类金属组成，通常是在熔融状态下的金属经淬冷而得到类似于普通玻璃结构的非晶态物质。非晶态合金催化剂主要有两大类：一类是第族过渡金属和类金属的合金，如Ni-P、Co-B-Si等；另一类是金属与金属的合金，如Ni-Zr、Cu-Zn、Ni-Ti等。非晶态合金催化剂主要用于电极催化、加氢、脱氢、异构化及分解等反应。在选择和设计金属催化剂时，常考虑金属组分与反应物分子间应有合适的能量适应性和空间适应性，以利于反应分子的活化。然后考虑选择合适的助催化剂和催化剂载体以及所需的制备工艺，并严格控制制备条件，以满足所需的化学组成和物理结构，包括金属晶粒大小和分布等。除贵金属外，还原态的金属催化剂均极为活泼，易于被氧化。催化剂生产厂为了贮运