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化工催化剂种类繁多,应用极为广泛,同一反应甚至同一装置的不同催化剂的性能也差别很大,那么什么样的催化剂才是好的化工催化剂,化工催化剂又该怎样评价呢?
转换频率(TOF)
在反应速率的三种表达方式中,以面积速率为好,因为催化反应是在表面上发生的。然而,相同表面积的催化剂表面上活性位浓度(或密度)可能并不一样,因此根据活性位数来表征反应速率视乎更能接近催化剂的本质速率。借用酶化学中转化数的概念,在催化中引入了转化频率概念。
TOF又称转换速率,是指反应在给定温度、压力、反应物组成和流速(流量)以及一定反应度的条件下,在单位时间、单位活性位上发生的反应的次数,以TOF表示。由于活性位的测定比较困难且TOF不是速率常数,跟反应条件有关,因此工业上很少用到TOF。
化工催化剂的稳定性包括对高温热的耐热稳定性,对摩擦、冲击、重力作用的机械稳定性和对毒物毒化作用的抗毒稳定性。
1) 耐热稳定性,一种良好的化工催化剂应能在反应温度的条件下,长期具有一定水平的活力。高温反应是比较常见的,然而大多数催化剂有自己的极限温度,这主要是高温容易引起催化剂活性组分的微晶烧结长大、晶格破坏或晶格缺陷减少。金属催化剂通常超过半熔温度就容易烧结。
2) 机械稳定性,机械稳定性高的催化剂能够受得住颗粒之间、颗粒与流体之间、颗粒与器壁之间的摩擦与碰击,且在运输、装填及自重负荷或反应条件改变等过程中能不破碎或没有明显的粉化,一般用抗压强度和粉化度来表示机械稳定性。
3) 抗毒稳定性,由于有害杂质(毒物)对催化剂的毒化作用,使催化剂的活性、选择性或寿命降低的现象称为催化剂中毒。一般来讲,毒物泛指硫化物H2S、COS、SO2、 CS2、RSH、R1SR2、噻吩、R1RRR2、RSO3H等,含磷、含砷、卤素化合物重金属化合物,金属有机化合物等;含氧化合物O2、CO2、CO、H2O等。对金属催化剂,前者会造成中毒,后者会造成暂时性(可逆)中毒。
催化剂的中毒现象可以粗略地解释为表面活性中心吸附了毒物或进一步转化为稳定的表面化合物,活性位被钝化或占据。
综上来看,选择一款的化工催化剂,价格不是的因素,催化剂具有高的活性及选择性,长的寿命才是更重要指标。
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