在考虑贵金属均相催化剂分离的条件下,非均相催化剂相对于均相催化剂就有明显优势了。目前单有少量催化反应过程采用均相催化剂,采用均相催化剂的情况主要是两类,催化过程要求催化剂活性效率非常高,只有某些特定的分子结构有催化作用,这种情况下我们不得不使用均相催化剂,例如一些要求选择性的加氢过程,对于分子手性有要求的过程。这类过程产品产量不高,价格昂贵,因此催化剂的浪费以及后续处理成本可以接受。另一种就是催化剂本身非常便宜,后处理成本也不高,如果采用非均相催化反而因为制备催化剂增加成本。就比如说之前谈到的酯化反应,以及废水处理中的双氧水分解芬顿氧化反应。贵金属均相催化剂降低了反应的活化能。杨浦区实验室贵金属均相催化剂实验应用
单纯从反应效率上来看,那种类型的贵金属均相催化剂比较好呢,无疑是均相催化剂。主要有以下几点原因:首先,均相催化剂没有内外扩散效应,反应物直接就在体系里与催化剂接触自然反应效率就非常高。而非均相催化剂,要经历一系列非常复杂的扩散过程。反应物首先要扩散到催化剂表面,然后再催化剂的空隙内继续扩散,直到到达催化剂上的活性中心以后发生反应。反应的产品又要经过一系列扩散过程从催化剂中脱离出来。这样一来就导致非均相催化反应的速率要比均相催化反应低。杨浦区实验室贵金属均相催化剂实验应用贵金属均相催化剂往往存在难回收和产物分离的问题,使得其应用的成本较高。
贵金属均相催化剂由于环保工作的特殊性,对环保催化剂提出了不同于常规工业生产用催化剂的要求,主要有以下几点:要求处理的含有毒有害物质的气体或液体的数量较大。这就要求环保催化剂具有较高的机械强度,能承受流体反复的冲刷和压力降的反复波动;要求处理的有害物质的浓度往往很低,而处理要求却很高,因此,要求环保催化剂具有较高的脱除有害毒物的活性;被处理的气体和液体污染物中,除了要脱除的目的毒物外,往往含有粉尘、酸雾、重金属元素、硫、砷、卤化物等杂质,有些是催化剂的毒物。这就要求环保催化剂有较强的抗毒稳定性,对目的毒物的脱除有较好的选择性。
所谓均相催化剂的固载化,就是把均相催化剂以物理或化学方法使之与固体载体相结合,所形成的固载化催化剂中活性组分往往与均相催化剂具有同样的性质和结构,既保留了均相催化剂高活性和高选择性的特点,又因其结合在固体上,易于从产品中分离和回收催化剂。由于均相催化剂被固化,其浓度不受溶解度限制,从而提高了催化剂的浓度,可减小反应器的尺寸,进一步降低生产费用。固载化催化剂所采用的载体一般为有机高分子化合物和无机氧化物。无机氧化物如SiO2、Al2O3、MCM-41、MCM-48等,在机械强度、热和化学稳定性及来源上均明显优于高分子载体。需要从较基础的贵金属均相催化剂设计入手。
贵金属均相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,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自己起作用,活性中心均一,具有高活性和高选择性。例如:如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体。笑气(一氧化二氮)是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂。然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气。这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素所组成的物质。有少量贵金属均相催化剂催化反应过程采用均相催化剂。杨浦区实验室贵金属均相催化剂实验应用
如要长期存放贵金属均相催化剂,应当远离潮湿的墙和地板。杨浦区实验室贵金属均相催化剂实验应用
贵金属均相催化剂过氧化氢(H2O2)是一种对环境友好的氧化剂,较多应用于化学,医药和环境等领域。电催化还原氧气合成过氧化氢作为一种低成本、小规模、分布式的生产技术正引起研究者的较多关注。过氧化氢(H2O2)是一种绿色化学氧化剂,水是其一直氧化产品,被较多用于漂白,有机合成,废水处理和消毒等领域。目前H2O2主要采用蒽醌工艺生产。但该方法目前仍存在蒽醌过氧化带来污染等问题。而通过两电子(2e-)途径电催化氧还原反应(ORR)生成H2O2是一种经济、安全、环保的H2O2生成途径。在室温和常压下,O2在阴极上选择性地电化学还原为H2O2。这种方法可以使用空气中的氧气和水作为原料,不会产生有害的副产物。同时该路线也非常适合小规模现场生产H2O2。理论上只要有电、水和空气,就可以产生H2O2并且使用。近年来对ORR到H2O2的研究主要集中在多相催化和高性能的反应装置上。迄今为止,对均相和多相ORR催化剂到H2O2进行系统总结的报道仍较为缺乏。杨浦区实验室贵金属均相催化剂实验应用
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