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金屬催化劑,是以金屬為活性組分的催化劑,常見的是周期表中第Ⅷ族金屬和ⅠB族金屬為活性組分的固體催化劑。

1 金屬催化劑 -正文

  非負載型和負載型金屬催化劑  按催化劑的活性組分是否負載在載體上分類:
  非負載型金屬催化劑  指不含載體的金屬催化劑,按組成又可分單金屬和合金兩類。通常以骨架金屬、金屬絲網、金屬粉末、金屬顆粒、金屬屑片和金屬蒸發膜等形式應用。骨架金屬催化劑,是將具有催化活性的金屬和鋁或硅製成合金,再用氫氧化鈉溶液將鋁或硅溶解掉,形成金屬骨架。工業上最常用的骨架催化劑是骨架鎳,1925年由美國的M.雷尼發明,故又稱雷尼鎳。骨架鎳催化劑廣泛應用於加氫反應中。其他骨架催化劑還有骨架鈷、骨架銅和骨架鐵等。典型的金屬絲網催化劑為鉑網(見圖)和鉑-銠合金網,應用在氨化氧化生產硝酸的工藝上。
金屬催化劑金屬催化劑
  負載型金屬催化劑  金屬組分負載在載體上的催化劑,用以提高金屬組分的分散度和熱穩定性,使催化劑有合適的孔結構、形狀和機械強度。大多數負載型金屬催化劑是將金屬鹽類溶液浸漬在載體上,經沉澱轉化或熱分解后還原製得。製備負載型金屬催化劑的關鍵之一是控制熱處理和還原條件(見催化劑製造)。
  單金屬和多金屬催化劑  按催化劑活性組分是一種或多種金屬元素分類:
  單金屬催化劑  指只有一種金屬組分的催化劑。例如1949年工業上首先應用的鉑重整催化劑,活性組分為單一的金屬鉑負載在含氟或氯的η-氧化鋁上。
  多金屬催化劑  催化劑中的組分由兩種或兩種以上的金屬組成。例如負載在含氯的γ-氧化鋁上的鉑-錸等雙(多)金屬重整催化劑。它們比前述僅含鉑的重整催化劑有更優越的性能,在這類催化劑中,負載在載體上的多種金屬可形成二元或多元的金屬原子簇,使活性組分的有效分散度大大提高。金屬原子簇化合物的概念最早是從絡合催化劑中來的,將其應用到固體金屬催化劑中,可以認為金屬表面也有幾個、幾十個或更多個金屬原子聚集成簇。70年代以來,根據這一概念,提出了金屬原子簇活性中心的模型,用來解釋一些反應的機理。在負載型和非負載型多金屬催化劑中,若金屬組分之間形成合金,稱為合金催化劑。研究和應用較多的是二元合金催化劑,如銅-鎳、銅-鈀、鈀-銀、鈀-金、鉑-金、鉑-銅、鉑-銠等。可以通過調整合金的組成來調節催化劑的活性。某些合金催化劑的表面和體相內的組成有著明顯的差異,如在鎳催化劑中加入少量銅后,由於銅在表面富集,使鎳催化劑原有表面構造發生變化,從而使乙烷加氫裂解活性迅速降低。合金催化劑在加氫、脫氫、氧化等方面均有應用。
  金屬催化劑的應用  在選擇和設計金屬催化劑時,常考慮金屬組分與反應物分子間應有合適的能量適應性和空間適應性,以利於反應分子的活化。然後考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的製備工藝,並嚴格控制製備條件,以滿足所需的化學組成和物理結構,包括金屬晶粒大小和分佈等。除貴金屬外,還原態的金屬催化劑均極為活潑,易於被氧化。催化劑生產廠為了貯運的方便,多以氧化物狀態提供商品(見表),用戶經活化處理或在使用過程中才還原成金屬狀態。活化的方法、條件十分重要(見催化劑使用)。有些催化劑生產廠也提供某些預還原的氨合成用的鐵催化劑,以縮短用戶的開工期,並保證催化劑的使用特性。
金屬催化劑金屬催化劑
  參考書目
 J.R.Anderson, Structure of Metallic Catalysts,Academic Press,London,1975.

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