廢氣處理催化劑種類繁多,分類方法也不盡相同。它可分為酸堿催化劑、金屬催化劑、半導體催化劑和分子篩催化劑。這些催化劑的共同特點是能對反應物產生不同程度的化學吸附。因此,催化離不開吸附。對催化過程的研究表明,一般的催化過程是從吸附開始的。
1酸堿催化劑
這里的酸堿是指廣義的酸堿,即路易斯酸和路易斯堿,可以為反應物的化學吸附提供酸堿活性吸附中心,從而促進其化學反應。如活性粘土、硅酸鋁、氧化鋁和一些金屬氧化物,特別是過渡金屬氧化物或其鹽類。
2金屬催化劑
金屬的吸附能力取決于金屬和氣體的分子結構和吸附條件。
273k下典型氣體不同金屬表面的吸附實驗表明,具有d-電子空位軌道的金屬元素對某些典型氣體具有不同的化學吸附能力。這些金屬除Ca、Sr、ba外,大部分是過渡金屬。它們依賴于不參與金屬鍵或非鍵合電子雜化軌道的電子,吸附吸附質分子形成吸附鍵,催化與吸附質分子的反應。
3半導體催化劑
半導體催化劑主要是半導體型過渡金屬氧化物,可以提供準自由電子或準自由空穴,分為n型半導體和p型半導體。N型半導體催化劑,如ZnO,依靠自身的準自由電子與反應物形成吸附鍵;p型半導體催化劑,如NiO,則依靠自身的準自由空穴與反應物形成吸附鍵。由于吸附鍵的形成,半導體的導電性發生變化,這是影響催化劑活性的主要因素之一。實際上,氣體分子與半導體催化劑之間吸附鍵的形成是一個非常復雜的過程。半導體催化機理的研究中,我們還發現電子躍遷引起的能帶對吸附鍵的形成起著重要的作用。因此,不能簡單地認為能提供電子的反應物分子只能與p型半導體催化劑形成吸附鍵。
4沸石催化劑
沸石分子篩作為吸附劑,廣泛應用于干燥、提純、分離等過程。自20世紀60年代以來,沸石分子篩催化劑和催化劑載體的應用中出現。沸石是一種具有相同直徑微孔的天然晶體鋁硅酸鹽,故又稱分子篩。上世紀50年代,已經工業化的分子篩超過了數百種。許多重要的分子篩催化反應不能分離。分子篩的催化作用還依賴于其表面(包括內表面)的酸性中心形成吸附鍵。然而,與酸堿催化劑相比,分子篩具有更強的選擇性,因為它可以拒絕較大孔徑的分子進入內表面。同時,通過離子交換可以調節分子篩表面的酸堿度,其性能優于一般的酸堿催化劑。近年來,開發了一種新型的非硅鋁合成分子篩,催化領域得到了廣泛的應用??梢?,分子篩催化領域具有特殊的作用。
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