
废气处理中的活性氧化铝催化剂种类繁多,分类方法也各不相同。从大类上可分为酸碱催化剂、金属催化剂、半导体催化剂和分子筛催化剂。它们的共同特点是:能对反应物产生不同程度的化学吸附。
酸碱催化剂
这里所说的酸碱是广义上的酸与碱,即路易斯酸与路易斯碱。二者均可为反应物的化学吸附提供酸碱活性吸附中心,从而促进化学反应。例如:活性白土、硅酸铝、氧化铝以及部分金属的氧化物,尤其是过渡金属氧化物或其盐类。
金属催化剂
金属的吸附能力取决于金属本身、气体的分子结构及吸附条件。实验发现:具有d 电子空轨道的金属元素,对部分代表性气体具备不同的化学吸附能力。除钙、锶、钡外,这类金属大多为过渡金属。它们依靠未参与金属键杂化轨道的电子或自由电子,与吸附质分子形成吸附键,进而催化反应物之间的反应。
半导体催化剂
主要是一些半导体型过渡金属氧化物,分为n 型半导体和p 型半导体,分别提供准自由电子或准自由空穴。n 型半导体催化剂依靠其准自由电子与反应物形成吸附键;p 型半导体催化剂依靠其准自由空穴与反应物形成吸附键。吸附键的形成会改变半导体的电导率,这是影响催化剂活性的主要因素之一。
实际上,气体分子与半导体催化剂之间形成吸附键的过程十分复杂。在半导体催化机理研究中还发现,由电子跃迁产生的能带对吸附键的形成具有重要作用。因此,不能简单认为:能够给出电子的反应物分子只能与 p 型半导体催化剂形成吸附键。
沸石分子筛催化剂
分子筛作为吸附剂,广泛应用于干燥、净化、分离等工艺;20 世纪 60 年代开始在催化剂及催化剂载体领域崭露头角。沸石是指天然结晶硅铝酸盐,具有孔径均一的微孔,因此也被称为分子筛。目前已有数百种之多,许多重要的工业催化反应都离不开分子筛催化剂。
分子筛的催化作用同样依靠表面酸性中心形成吸附键。但它比普通酸碱催化剂选择性更强,因为它能将孔径大于自身孔道的分子拒之孔外,无法进入内表面。同时,通过离子交换手段可人工调控分子筛表面的酸碱性,性能优于普通酸碱催化剂。
近年来已开发出一类非硅铝基合成分子筛,并在催化领域得到广泛应用。由此可见,分子筛在催化领域具有其独特的地位与作用。
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