金屬催化劑

以金屬為主要活性組分的固體催化劑。主要是貴金屬及鐵、鈷、鎳等過渡元素。有單金屬和多金屬催化劑。

基本介紹

• 中文名：金屬催化劑
• 主要活性組分：金屬
• 主要：鈷、鎳等過渡元素
• 類型：單金屬和多金屬催化劑

分類

非負載型和負載型金屬催化劑

按催化劑的活性組分是否負載在載體上分類：

非負載型金屬催化劑

指不含載體的金屬催化劑，按組成又可分單金屬和合金兩類。通常以骨架 金屬、金屬絲網、金屬粉末、金屬顆粒、金屬屑片和金屬蒸發膜等形式套用。骨架金屬催化劑，是將具有催化活性的金屬和鋁或矽製成合金，再用氫氧化鈉溶液將鋁或矽溶解掉，形成金屬骨架。工業上最常用的骨架催化劑是骨架鎳,1925年由美國的M.雷尼發明,故又稱雷尼鎳。骨架鎳催化劑廣泛套用於加氫反應中。其他骨架催化劑還有骨架鈷、骨架銅和骨架鐵等。典型的金屬絲網催化劑為鉑網（見圖）和鉑-銠合金網,套用在氨化氧化生產硝酸的工藝上。

金屬催化劑

負載型金屬催化劑

金屬組分負載在載體上的催化劑，用以提高金屬組分的分散度和熱穩定性，使催化劑有合適的孔結構、形狀和機械強度。大多數負載型金屬催化劑是將金屬鹽類溶液浸漬在載體上，經沉澱轉化或熱分解後還原製得。製備負載型金屬催化劑的關鍵之一是控制熱處理和還原條件（見催化劑製造）。

單金屬和多金屬催化劑

按催化劑活性組分是一種或多種金屬元素分類：

單金屬催化劑

指只有一種金屬組分的催化劑。例如1949年工業上首先套用的鉑重整催化劑，活性組分為單一的金屬鉑負載在含氟或氯的η-氧化鋁上。

多金屬催化劑

催化劑中的組分由兩種或兩種以上的金屬組成。例如負載在含氯的γ-氧化鋁上的鉑-錸等雙(多)金屬重整催化劑。它們比前述僅含鉑的重整催化劑有更優越的性能，在這類催化劑中，負載在載體上的多種金屬可形成二元或多元的金屬原子簇，使活性組分的有效分散度大大提高。金屬原子簇化合物的概念最早是從絡合催化劑中來的，將其套用到固體金屬催化劑中，可以認為金屬表面也有幾個、幾十個或更多個金屬原子聚集成簇。70年代以來，根據這一概念，提出了金屬原子簇活性中心的模型，用來解釋一些反應的機理。在負載型和非負載型多金屬催化劑中，若金屬組分之間形成合金，稱為合金催化劑。研究和套用較多的是二元合金催化劑，如銅-鎳、銅-鈀、鈀-銀、鈀-金、鉑-金、鉑-銅、鉑－銠等。可以通過調整合金的組成來調節催化劑的活性。某些合金催化劑的表面和體相內的組成有著明顯的差異，如在鎳催化劑中加入少量銅後，由於銅在表面富集，使鎳催化劑原有表面構造發生變化，從而使乙烷加氫裂解活性迅速降低。合金催化劑在加氫、脫氫、氧化等方面均有套用。

套用

在選擇和設計金屬催化劑時，常考慮金屬組分與反應物分子間應有合適的能 量適應性和空間適應性，以利於反應分子的活化。然後考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的製備工藝，並嚴格控制製備條件，以滿足所需的化學組成和物理結構，包括金屬晶粒大小和分布等。除貴金屬外，還原態的金屬催化劑均極為活潑，易於被氧化。催化劑生產廠為了貯運的方便，多以氧化物狀態提供商品（見表），用戶經活化處理或在使用過程中才還原成金屬狀態。活化的方法、條件十分重要（見催化劑使用）。有些催化劑生產廠也提供某些預還原的氨合成用的鐵催化劑，以縮短用戶的開工期，並保證催化劑的使用特性。

金屬催化劑