Udvælgelse og deaktiveringsårsager til heterogene katalysatorer

Baseret på de forskellige aktive komponenter kan heterogene katalysatorer opdeles i metal og dets salte, metaloxider og sammensatte metaloxidkatalysatorer; baseret på deres form kan de opdeles i sfæriske, korte søjleformede og honeycomb-former; baseret på deres forberedelsesproces kan de opdeles i dem, der bruger en støtte, og dem, der ikke bruger en støtte.

Faste-heterogene katalysatorer forhindrer stort set katalysatortab, er nemmere at adskille fra spildevand og har fordele såsom god aktivitet, god stabilitet og kort behandlingsproces;

Der er imidlertid masseoverførsel mellem heterogene katalysatorfaser, og suspenderede faste stoffer i spildevand og reaktionsmellemprodukter kan forårsage, at katalysatorpartikler bliver belagt eller blokeret, hvilket fører til deaktivering.

(1) Metal/understøttede katalysatorer

I heterogen katalytisk oxidationsteknologi bruges ædelmetalkatalysatorer i vid udstrækning på grund af deres høje aktivitet, lange levetid og stærke tilpasningsevne. Katalysatorer fremstillet med ædelmetaller såsom P, Pd og Ru som aktive komponenter har ikke kun kompatible kulbrinteadsorptionssteder, men også et stort antal oxygenadsorptionssteder, som hurtigt kan gennemgå oxygenaktivering og kulbrinteadsorption, efterhånden som overfladereaktionen skrider frem. For at opnå bedre dispergerbarhed og reducere mængden af ​​brugt metal, anvendes imprægnering ofte til at understøtte metaller på bærere med høje specifikke overfladearealer, såsom Al3O2, SiO2, aktivt kul, TiO2, CeO2 og ZrO2.

(2) Metaloxid/understøttede katalysatorer

Valget af katalysatorer i katalytiske oxidationsprocesser kræver overvejelse af adskillige faktorer, såsom opløsningens egenskaber, katalysatorens katalytiske kapacitet og dens termiske stabilitet i vand. Blandt disse er metaloxider højt værdsat på grund af deres høje stabilitet og gode aktivitet.

Baseret på deres stabilitet kan katalysatorer klassificeres som følger: 1. Oxider, der er mest stabile under høje oxidationsbetingelser, såsom titaniumoxid, vanadiumoxid, chromoxid, magnesiumoxid, zinkoxid og aluminiumoxid; 2. Oxider med moderat stabilitet, såsom jernoxid, koboltoxid, nikkeloxid og blyoxid; 3. Ustabile høj-oxidations-oxider og ædelmetaller, såsom platin, palladium, ruthenium og guld.

(3) Kompositoxid/understøttede katalysatorer

Baseret på det komplementære princip om katalytisk aktivitetsregulering forventes kompositoxidkatalysatorer at opnå højere katalytisk aktivitet. Synergistiske virkninger kan øge katalysatoraktiviteten og hæmme opløsningen af ​​aktive komponenter. For eksempel er kombinationen af ​​CoO, CuO eller NiO med oxider af Fe(III), Pt eller Ru en effektiv oxidationskatalysator.

(1) Katalysatorvalg

Når du vælger en katalysator, bør der generelt anvendes katalysatorer med følgende egenskaber:

1. Hurtig oxidationshastighed og bedre fasekontakt, hvorved reaktionen accelereres;

2. Ikke-selektiv, muliggør fuldstændig oxidation;

3. Stabile fysisk-kemiske egenskaber i varme sure opløsninger;

4. Høj aktivitet og lang levetid ved høje temperaturer og ufølsom over for giftstoffer;

5. Høj mekanisk styrke og slidstyrke.

(2) Valg af katalysatorstøtte

Baseret på sammensætningen af ​​katalysatorunderstøtningspartiklerne kan den groft opdeles i tre typer: partikelformige understøtninger, groft-kornede understøtninger og substrater.

Ved brug af katalysatorer tages der typisk hensyn til følgende punkter:

1. Kemisk sammensætning og dispersion;

2. Fysisk-kemiske overfladeegenskaber-porøsitet, adsorption, elektrokemiske og mekaniske egenskaber;

3. Tykkelse og mængde af aktivt materiale, der kan påfyldes;

4. Specifik styrke og stabilitet;

5. Kemisk stabilitet;

6. Slidstyrke, hårdhed og trykstyrke;

7. Deltagelse i katalytiske reaktioner.

Ud over høj aktivitet og god selektivitet skal katalysatorer også have god mekanisk styrke og stabilitet, hvor stabilitet påvirker deres evne til at nedbryde aktivitet.

Efter en tids brug vil katalysatorer opleve deaktivering, primært på grund af tab af katalysatormateriale og forkoksning.

Katalysatortab er en væsentlig årsag til deaktivering. Dette tab er hovedsageligt påvirket af pH, hvilket får de aktive komponenter til at opløses. Eksperimentelle undersøgelser har vist, at spildevandets pH har en væsentlig indflydelse på oxidationen af ​​organisk stof i væskefasen.

For eksempel udviser heterogene ozonkatalysatorer lave reaktionshastigheder og høje deaktiveringshastigheder under sure betingelser. Katalysatortab er minimalt ved pH 7. Når pH er større end 7, men mindre end 9, sker der intet katalysatortab. Men når pH er større end 10, forbliver reaktionshastigheden lav. Derfor kan justering af pH-værdien reducere eller forhindre tab af katalysator.

Katalysatorkoksning er en anden væsentlig årsag til deaktivering, også kendt som deaktivering af katalysatorbegroning. Dette er primært forårsaget af aflejring af kulstof, nitrogen og andre stoffer produceret under reaktionen på katalysatoroverfladen. Tekniske applikationer har bekræftet, at nogle heterogene katalysatorer udviser høje nedbrydningshastigheder inden for en vis tidsramme, efterfulgt af deaktivering. Energifotoelektrokemisk kromatografi (ESCA) analyse af katalysatoroverfladen afslører kulstofaflejring, som hindrer kontakten mellem reaktanter i væskefasen og katalysatoroverfladen, hvilket fører til deaktivering.