非均相催化剂的选择及失活原因

非均相催化剂的选择及失活原因

 

根据活性成分的不同，非均相催化剂可分为金属及其盐类、金属氧化物和复合金属氧化物催化剂；从外形可分为球形、短柱形、蜂窝状等；从制备工艺可分为使用载体的和不使用载体的。

固态形式非均相催化剂很大程度上防止了催化剂的流失，与废水分离较简便，日有活性好、稳定性好、处理流程短等优点；

但非均相催化剂相间有传质阳力，废水悬浮物和反应中间产物可能引起催化剂颗粒被包覆或堵塞而使其失活。 

一. 催化剂的种类

（1）金属/载体系列催化剂

在非均相催化氧化技术中，贵金属催化剂以其活性高、寿命长、适应性强等特点而广泛应用。用P，Pd .Ru等贵金属为活性组分制成的催化剂不仅有合话的烃基吸际位，而且还有大量的氧吸附位，随表面反应的进行，能快速地发生氧活化和烃吸附。为了使金属有较好的分散性并减少用量，常采用浸渍法将其负载于比表面积高的载体上，如Al₃O₂、SiO₂、活性炭、TiO₂、CeO₂、ZrO₂等。

（2）金属氧化物/载体催化剂

在催化氧化过程中催化剂的选择需要考虑众多因素，如溶液的性质、催化剂的催化能力以及其在水中的热稳定性等。其中，金属氧化物因具有较高的稳定性和良好的活性而受到重视。

根据其稳定性进行分类:

a、在高氧化条件下最稳定的氧化物，如氧化钛、氧化钒、氧化络、氧化镁、氧化锌和氧化铝等；

b、具有中等稳定性的氧化物，如氧化铁、 氧化钴、氧化镍和氧化铅等；

c、不稳定的高氧化态氧化物和贵金属，如铂、钯、钌、金等。 

（3）复合氧化物/载体催化剂

根据催化活性调节的互补原理，使用复合氧化物催化剂可望得到较高的催化活性。 协同作用能提高催化剂的活性并抑制活性组分的溶出，如CoO、CuO或NiO与Fe(III)、Pt或Ru的氧化物结合是有效的氧化催化剂。

二、催化剂选择的依据

1.催化剂的选择

选择催化剂时，一般应使用具有如下特性的催化剂:

（1）、氧化速率快，相接触更好，从而加速反应；

（2）、非选择性，能实现完全氧化；

（3）、在热的酸性溶液中，理化性质稳定；

（4）、在高温下活性高、寿命长，对毒物不敏感；

（5）、机械强度高，耐磨损。 

2.催化剂载体选择

根据催化剂载体构成粒子的状况，可以大致分为微粒载体、粗粒载体和支持物三种。

 使用时，通常主要考虑以下几点:

（1）、化学组成和分散度；

（2）、表面的理化性质--多孔、吸陈附、电化学和机械性质；

（3）、活性物质能负载的厚度、数量；

（4）、比执和执稳定性；

（5）、化学稳定性；

（6）、抗磨耗性、硬度和耐压强度；

（7）、对催化反应的参与性。 

三、催化剂失活的原因

催化剂在应用中除了必须具有活性高和选择性好的特点之外，还要有好的机械强度和稳定性，其中稳定性影响催化剂活性衰退能力。

催化剂经过一段时间使用后，会出现催化剂失活现象，失活原因主要为催化剂物质的流失和积炭。

催化剂流失是失活的一个主要原因。其流失主要是受pH值的影响，使活性组分溶出。  有实验研究表明，废水的pH值对液相中有机物的氧化有重要的影响。 

 

如非均相臭氧催化剂在酸性条件下，反应速率低，失活率高；当pH=7时，催化剂的的流失最小。当pH大于7小于9时，催化剂没有发生流失，当PH大于10时，催化剂反应速率也偏低，因此可通过调节合适的pH值来减少或避免催化剂的流失问题。 

催化剂积炭是失活的另一个主要原因，也称为催化剂的污染失活，主要是由于反应过程产生的碳、氮等物质在催化剂表面沉积所引起的。有工程应用验证，某些非均相催化剂在一定的时间内降解率很高，然后出现失活现象；通过光电能谱(ESCA)分析催化剂表面发现存在炭沉积现象，阻碍了液相中的反应物与催化剂表面的接触，因此使之失活。