催化剂的特征、主要分类等内容全面解说

• 作者: 贤集网 阿莲
• 来源:
• 日期: 2018-03-29
• 浏览次数: 2844次

催化剂在化学反应中引起的作用叫催化作用，固体催化剂在工业上也称为触媒，能改变反应物化学反应速率（既能提高也能降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变，催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位，例如，合成氨生产采用铁催化剂，硫酸生产采用钒催化剂，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中，都采用不同的催化剂。那么下面贤集网小编为大家介绍一下催化剂的特征、主要分类、制备方法、实际用途、失活原因。

催化剂的特征

催化反应有四个基本特征，可以根据定义导出，对了解催化剂的功能很重要。

1、催化剂只能加速热力学上可以进行的反应。要求开发新的化学反应催化剂时，首先要对反应进行热力学分析，看它是否是热力学上可行的反应；

2、催化剂只能加速反应趋于平衡，不能改变反应的平衡位置（平衡常数）；

3、催化剂对反应具有选择性，当反应可能有一个以上不同方向时，催化剂仅加速其中一种，促进反应速率和选择性是统一的；

4、催化剂的寿命，催化剂能改变化学反应速率，其自身并不进入反应，在理想情况下催化剂不为反应所改变。但在实际反应过程中，催化剂长期受热和化学作用，也会发生一些不可拟的物理化学变化。

 

催化剂的主要分类

催化剂种类繁多，按状态可分为液体催化剂和固体催化剂；按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂，均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂；多相催化剂有固体酸催化剂、有机碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂、生物催化剂、纳米催化剂等；按照反应类型又分为聚合、缩聚、酯化、缩醛化、加氢、脱氢、氧化、还原、烷基化、异构化等催化剂；按照作用大小还分为主催化剂和助催化剂。

1、均相催化

催化剂和反应物同处于一相，没有相界存在而进行的反应，称为均相催化作用，能起均相催化作用的催化剂为均相催化剂，均相催化剂包括液体酸、碱催化剂和色可赛思固体酸和碱性催化剂、可溶性过渡金属化合物(盐类和络合物)等，均相催化剂以分子或离子独立起作用，活性中心均一，具有高活性和高选择性。

2、多相催化

多相催化剂又称非均相催化剂，用于不同相（Phase）的反应中，即和它们催化的反应物处于不同的状态，例如：在生产人造黄油时，通过固态镍（催化剂），能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪，固态镍是一种多相催化剂，被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气），一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物；zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面，反应物内的键因断裂而导致新键的产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物脱离反应位等过程，现已知许多催化剂表面发生吸附、反应的不同的结构。

3、生物催化

酶是生物催化剂，是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的有机物（绝大多数的蛋白质，但少量RNA也具有生物催化功能），旧称酵素，酶的催化作用同样具有选择性，例如，淀粉，酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖，蛋白酶催化蛋白质水解成肽等，活的生物体利用它们来加速体内的化学反应，如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命，大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的，如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用，因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效，酶在生理学、医学、农业、工业等方面，都有重大意义，当前，酶制剂的应用日益广泛。

催化剂的制备方法

制造催化剂的每一种方法，实际上都是由一系列的操作单元组合而成，为了方便，人们把其中关键而具特色的操作单元的名称定为制造方法的名称，传统的方法有机械混合法、沉淀法、浸渍法、溶液蒸干法、热熔融法、浸溶法（沥滤法）、离子交换法等，现发展的新方法有化学键合法、纤维化法等。

1、机械混合法

将两种以上的物质加入混合设备内混合，此法简单易行，例如转化-吸收型脱硫剂的制造，是将活性组分（如二氧化锰、氧化锌、碳酸锌）与少量粘结剂(如氧化镁、氧化钙)的粉料计量连续加入一个可调节转速和倾斜度的转盘中，同时喷入计量的水、粉料滚动混合粘结，形成均匀直径的球体，此球体再经干燥、焙烧即为成品。

2、沉淀法

此法用于制造要求分散度高并含有一种或多种金属氧化物的催化剂，在制造多组分催化剂时，适宜的沉淀条件对于保证产物组成的均匀性和制造优质催化剂非常重要，通常的方法是在一种或多种金属盐溶液中加入沉淀剂（如碳酸钠、氢氧化钙），经沉淀、洗涤、过滤、干燥、成型、焙烧(或活化)，即得最终产品。

3、浸渍法

将具有高孔隙率的载体（如硅藻土、氧化铝、活性炭等）浸入含有一种或多种金属离子的溶液中，保持一定的温度，溶液进入载体的孔隙中，将载体沥干，经干燥、煅烧，载体内表面上即附着一层所需的固态金属氧化物或其盐类。

4、喷雾蒸干法

用于制颗粒直径为数十微米至数百微米的流化床用催化剂，如间二甲苯流化床氨化氧化制间二甲腈催化剂的制造，先将给定浓度和体积的偏钒酸盐和铬盐水溶液充分混合，再与定量新制的硅凝胶混合，泵入喷雾干燥器内，经喷头雾化后，水分在热气流作用下蒸干，物料形成微球催化剂，从喷雾干燥器底部连续引出。

5、热熔融法

热熔融法是制备某些催化剂的特殊方法，适用于少数不得不经过熔炼过程的催化剂，为的是借助高温条件将各个组分熔炼称为均匀分布的混合物，配合必要的后续加工，可制得性能优异的催化剂。

6、浸溶法

从多组分体系中，用适当的液态药剂（或水）抽去部分物质，制成具有多孔结构的催化剂，例如骨架镍催化剂的制造，将定量的镍和铝在电炉内熔融，熔料冷却后成为合金，将合金破碎成小颗粒，用氢氧化钠水溶液浸泡，大部分铝被溶出（生成偏铝酸钠），即形成多孔的高活性骨架镍。

7、离子交换法

某些晶体物质（如合成沸石分子筛）的金属阳离子（如Na）可与其他阳离子交换，将其投入含有其他金属（如稀土族元素和某些贵金属）离子的溶液中，在控制的浓度、温度、pH条件下，使其他金属离子与 Na进行交换。

 

催化剂的实际用途

1、催化剂在化工生产中具有重要而广泛的应用，生产化肥、农药、多种化工原料等都要使用催化剂；

2、在化工生产、科学家实验和生命活动中，催化剂都大显身手。例如，硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂，由氮气跟氢气合成氨气，要用以铁为主的多组分催化剂，提高反应速率；

3、在炼油厂，催化剂更是少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油、煤油，化工合成酸性和碱性色可赛思催化剂；

4、汽车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气；

5、酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业、制药业等都要用催化剂催化。

 

催化剂的失活原因

催化剂在使用过程中受种种因素的影响，会急剧地或缓慢地失去活性，催化剂失活的原因是复杂的，可以归纳为以下一些种类：

1、永久性失活

催化剂活性组分受某些外来成分的作用（中毒）而失去活性，往往是永久性失活，这些外来成分多是与催化剂的活性组分发生化学反应或离子交换而导致活性成分发生变化，如酸性催化剂被碱中和，贵金属催化剂被硫化物或氮化物中毒等，催化剂中毒的失活往往表现为活性迅速下降，活性组分在使用过程中被磨损或升华造成丢失也导致永久性失活，这类失活往往难以简单地恢复；

2、活性组分被覆盖而逐渐失活，是非永久性失活，如反应过程产生的积碳，覆盖了活性组分或堵塞了催化剂的孔道，使反应物无法与活性组分接触，这些覆盖物通过一定的方法可以除去，如被积碳而失活可以通过烧炭再生而复活；

3、错误的操作导致催化剂失活，如过高的反应温度，压力剧烈的波动导致催化剂床层的混乱或粉碎等，这类失活是无法恢复的。

 

以上是贤集网小编为大家介绍的催化剂的特征、主要分类、制备方法、实际用途、失活原因。催化剂在全球各行各业广泛使用，未来无论在催化剂的科学理论研究、清洁能源的开发与利用，环境保护与提高经济效益以及人类的生存环境的治理与保护都有极大的发展前景，简言之，人类的生存发展，吃穿住行离不开催化剂及其发展，催化剂的发展应是高效化、低腐蚀化、纳米化、环保化，高效可以用量更少，低腐蚀可减少对设备的损害，纳米化可使金属氧化物催化剂效率更高，环保化有益于健康和环境友好。