Utvelgelse og deaktiveringsårsaker til heterogene katalysatorer

Basert på de forskjellige aktive komponentene kan heterogene katalysatorer deles inn i metall og dets salter, metalloksider og komposittmetalloksidkatalysatorer; basert på deres form, kan de deles inn i sfæriske, korte søyleformede og honeycomb-former; basert på deres forberedelsesprosess, kan de deles inn i de som bruker støtte og de som ikke bruker støtte.

Faststoff-heterogene katalysatorer forhindrer stort sett katalysatortap, er lettere å skille fra avløpsvann og har fordeler som god aktivitet, god stabilitet og kort behandlingsprosess;

Imidlertid er det masseoverføring mellom heterogene katalysatorfaser, og suspenderte faste stoffer i avløpsvann og reaksjonsmellomprodukter kan føre til at katalysatorpartikler blir belagt eller blokkert, noe som fører til deaktivering.

(1) Metall/støttede katalysatorer

I heterogen katalytisk oksidasjonsteknologi er edelmetallkatalysatorer mye brukt på grunn av deres høye aktivitet, lange levetid og sterke tilpasningsevne. Katalysatorer laget med edelmetaller som P, Pd og Ru som aktive komponenter har ikke bare kompatible hydrokarbonadsorpsjonssteder, men også et stort antall oksygenadsorpsjonssteder, som raskt kan gjennomgå oksygenaktivering og hydrokarbonadsorpsjon etter hvert som overflatereaksjonen fortsetter. For å oppnå bedre dispergerbarhet og redusere mengden metall som brukes, brukes impregnering ofte for å støtte metaller på bærere med høye spesifikke overflatearealer, slik som Al3O2, SiO2, aktivert karbon, TiO2, CeO2 og ZrO2.

(2) Metalloksid/støttede katalysatorer

Valget av katalysatorer i katalytiske oksidasjonsprosesser krever vurdering av en rekke faktorer, slik som egenskapene til løsningen, den katalytiske kapasiteten til katalysatoren og dens termiske stabilitet i vann. Blant disse er metalloksider høyt verdsatt på grunn av deres høye stabilitet og gode aktivitet.

Basert på deres stabilitet kan katalysatorer klassifiseres som følger: 1. Oksider som er mest stabile under høye oksidasjonsforhold, slik som titanoksid, vanadiumoksid, kromoksid, magnesiumoksid, sinkoksid og aluminiumoksid; 2. Oksider med moderat stabilitet, slik som jernoksid, koboltoksid, nikkeloksid og blyoksid; 3. Ustabile høy-oksidasjons-oksider og edle metaller, som platina, palladium, rutenium og gull.

(3) Komposittoksid/støttede katalysatorer

Basert på det komplementære prinsippet for regulering av katalytisk aktivitet, forventes komposittoksidkatalysatorer å oppnå høyere katalytisk aktivitet. Synergistiske effekter kan øke katalysatoraktiviteten og hemme oppløsningen av aktive komponenter. For eksempel er kombinasjonen av CoO, CuO eller NiO med oksider av Fe(III), Pt eller Ru en effektiv oksidasjonskatalysator.

(1) Katalysatorvalg

Når du velger en katalysator, bør vanligvis katalysatorer med følgende egenskaper brukes:

1. Rask oksidasjonshastighet og bedre fasekontakt, og akselererer dermed reaksjonen;

2. Ikke-selektiv, muliggjør fullstendig oksidasjon;

3. Stabile fysisk-kjemiske egenskaper i varme sure løsninger;

4. Høy aktivitet og lang levetid ved høye temperaturer, og ufølsom for giftstoffer;

5. Høy mekanisk styrke og slitestyrke.

(2) Valg av katalysatorstøtte

Basert på sammensetningen av katalysatorbærepartiklene, kan den grovt deles inn i tre typer: partikkelformige bærere, grovkornede bærere og substrater.

Når du bruker katalysatorer, vurderes vanligvis følgende punkter:

1. Kjemisk sammensetning og dispersjon;

2. Fysisk-kjemiske overflateegenskaper-porøsitet, adsorpsjon, elektrokjemiske og mekaniske egenskaper;

3. Tykkelse og mengde aktivt materiale som kan lastes;

4. Spesifikk styrke og stabilitet;

5. Kjemisk stabilitet;

6. Slitasjemotstand, hardhet og trykkstyrke;

7. Deltakelse i katalytiske reaksjoner.

I tillegg til høy aktivitet og god selektivitet, må katalysatorer også ha god mekanisk styrke og stabilitet, med stabilitet som påvirker deres evne til å bryte ned aktivitet.

Etter en tids bruk vil katalysatorer oppleve deaktivering, først og fremst på grunn av tap av katalysatormateriale og forkoksing.

Katalysatortap er en viktig årsak til deaktivering. Dette tapet påvirkes hovedsakelig av pH, noe som får de aktive komponentene til å løse seg opp. Eksperimentelle studier har vist at pH i avløpsvannet har en betydelig innvirkning på oksidasjonen av organisk materiale i væskefasen.

For eksempel viser heterogene ozonkatalysatorer lave reaksjonshastigheter og høye deaktiveringshastigheter under sure forhold. Katalysatortapet er minimalt ved pH 7. Når pH er større enn 7 men mindre enn 9, oppstår det ikke noe katalysatortap. Imidlertid, når pH er større enn 10, forblir reaksjonshastigheten lav. Derfor kan justering av pH-verdien redusere eller forhindre tap av katalysator.

Katalysatorkoksing er en annen viktig årsak til deaktivering, også kjent som deaktivering av katalysatorbegroing. Dette er først og fremst forårsaket av avsetning av karbon, nitrogen og andre stoffer som produseres under reaksjonen på katalysatoroverflaten. Tekniske applikasjoner har bekreftet at noen heterogene katalysatorer viser høye nedbrytningshastigheter innen en viss tidsramme, etterfulgt av deaktivering. Energifotoelektrokjemisk kromatografi (ESCA) analyse av katalysatoroverflaten avslører karbonavsetning, som hindrer kontakten mellom reaktanter i væskefasen og katalysatoroverflaten, og fører dermed til deaktivering.