简述废气(qì)处理中(zhōng)催化剂的种类
废气处理中催化剂的种类繁多,分类方法也不尽相同。按大的方面可分为酸碱催化剂、金属催化剂、半导体催化剂和分子筛催化剂。这些(xiē)被列为多类催化剂的物质的(de)共(gòng)同特点是都能对反应物产生不同程度的(de)化学吸附。因此,催化离不开吸附,考(kǎo)査一(yī)个催化过程发现(xiàn),一般的催化过程(chéng)都是由吸附开始的。
1.酸碱催化(huà)剂
这里指的酸(suān)碱是广(guǎng)泛意义上的酸碱,即路易斯酸和(hé)路(lù)易斯(sī)碱(jiǎn),它们都能提供酸碱活性吸附中心(xīn),对反应物进行化学吸附,从(cóng)而(ér)促使(shǐ)其(qí)发生化学反应。如活性白土、硅酸铝、氧化铝以及一些金属的氧化物尤其是过渡金属的氧化物或它们的(de)盐类等。
2.金属催化剂
金(jīn)属(shǔ)的吸(xī)附能力取决于金属和气体的分子结构和吸附条件。
在273K时对有代表性的气体在多种金属表面上的吸附实验发现,凡具有d电子空(kōng)轨道的金(jīn)属(shǔ)元素,对(duì)一些有代表(biǎo)性的气体(tǐ)都具有强弱不等的化学吸附能力,这些金属除Ca、Sr和Ba之外,大(dà)部分属于(yú)过(guò)渡金属,它们靠没有参与(yǔ)金属键(jiàn)的杂(zá)化轨道的电子或未结合的电子和吸附质分子形成吸附键,催(cuī)化了与吸附质(zhì)分子之间的反应。
3半导体催化剂
半导体催化剂主要是一些半导体类型的过渡金属氧化物,它们以能提供准(zhǔn)自由电子或准自由空穴(xué)而被分为n型半(bàn)导体和p型半导(dǎo)体。n型半导体催化剂如ZnO,依靠本身的准自由电(diàn)子(zǐ)与反应物(wù)形成吸附键;p型半导(dǎo)体催化剂如(rú)NiO靠本(běn)身的准自由空穴与(yǔ)反应物(wù)形成吸附键。由于吸附键的形成,改变了半导体的(de)导电性,导电性是影(yǐng)响催化剂活性的主(zhǔ)要因(yīn)素之。以上只(zhī)是(shì)一种很简单(dān)的说(shuō)法,实际(jì)上,气体分子与半导(dǎo)体催化剂形成吸附键是一个很复杂(zá)的过程,在(zài)对半导体催化机理的研究中(zhōng)还发现了(le)由于电子跃迁而产(chǎn)生的能带,能带在形成吸附键上起了很重要的作用。因此,不能(néng)简单地认为能提供电子的反应物分子只能与p型半导体催化剂形成吸(xī)附键。
4.沸石分子筛催化剂
沸石分子筛(shāi)作为吸附(fù)剂(jì)广泛用于干燥、浄化(huà)、分离等过程,20世纪60年代开始在催化剂和(hé)催化剂载体应用中(zhōng)崭露头(tóu)角。沸石是指(zhǐ)天然的结晶硅铝酸盐,具有(yǒu)直径相同的微孔,故(gù)又得(dé)名分子筛。20世(shì)纪50年代,人工合(hé)成的分子筛(shāi)已工业化,目前(qián)已超过(guò)数百种,许多重要的工业催化反应已离不开分子筛催化剂。分子筛的催化作用也是靠它(tā)表面(包括内表面)的酸性中(zhōng)心来形成吸附键的,但它与酸碱催化(huà)剂相比,又(yòu)具(jù)有了更强的选择性,因为它(tā)可以拒绝比它的孔径大的分子进入内表面。同(tóng)时分子筛表面的(de)酸碱性(xìng)还可以人为利用离子交换的办法(fǎ)进行调(diào)节,这就比一般的酸碱催化剂具有更优良的性能。近年来,又(yòu)发展一种非硅铝元素(sù)的合成分子筛,也已经在催(cuī)化领域中(zhōng)广泛应(yīng)用。由此可(kě)见,分子筛在催化领域中有其特殊的(de)地位和(hé)作用(yòng)。
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