催化劑開發(fā)從實驗室至工業(yè)規(guī)模

催化劑開發(fā)的一般順序

       開發(fā)一個新的催化過程或原有的催化過程需要改進時一般都會涉及催化劑的選擇及制備問題。由于開發(fā)一種新的工業(yè)催化劑往往既費錢會開發(fā)目的又費時，所以需要先搞清開發(fā)目的。對于不同目的，開發(fā)的順序及深度也有所差別，而且各個階段的費用及復(fù)雜性也不同，因此要根據(jù)人力、物力及現(xiàn)有的技術(shù)手段量力而行。圖2-1示出了催化劑開發(fā)的一般順序?？梢钥闯觯呋瘎┑拈_發(fā)順序隨開發(fā)目的而異。而且各順序可能有交叉及重復(fù)進行的情況。特別是評價考核過程，無論是催化劑活性組分及載體的選擇，實驗室制備催化劑、中試放大制備催化劑及工業(yè)應(yīng)用催化劑都有反復(fù)評價考核過程，并根據(jù)評價考核結(jié)果修正催化劑配方、制備方法及工藝操作條件。

 開發(fā)的準(zhǔn)備階段

1.文獻調(diào)查

          制備催化劑并進行評價考核：

         在為所設(shè)想的目標(biāo)反應(yīng)進行初步熱力學(xué)考察及技術(shù)經(jīng)濟分析以后，應(yīng)及時進行全面文獻調(diào)查其目的是:①查找有關(guān)反應(yīng)的熱力學(xué)數(shù)據(jù);②查找目的反應(yīng)和類似反應(yīng)的前人研究成果;③確認目的反應(yīng)的反應(yīng)類型;④查找與開發(fā)順序有關(guān)的由經(jīng)驗累積的一些催化物質(zhì)的活性圖譜。

        此外，在文獻調(diào)查的同時，應(yīng)對催化作用的機制做一些了解。多年來，對有關(guān)催化劑的作用原理有著不同的認識。一些研究者認為，催化劑是一種穩(wěn)定的物質(zhì)，它能促使反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為所要求的產(chǎn)物，由此出現(xiàn)了以幾何學(xué)及電子學(xué)為基礎(chǔ)的多位理論、電子理論、電荷轉(zhuǎn)移理論及吸附理論等。而另一些研究者則認為催化劑像一種化學(xué)物質(zhì)，它能與反應(yīng)物形成不穩(wěn)定的配合物，當(dāng)轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物并脫附后又恢復(fù)到原始狀態(tài)。近年來，隨著先進的測試手段不斷發(fā)展，人們對化學(xué)吸附配合物及化學(xué)鍵的性質(zhì)和行為有更深的了解，將催化活性與催化劑表面行為相關(guān)聯(lián)可能更有利于成功開發(fā)出一種新催化劑。

2.列出設(shè)想反應(yīng)的全部化學(xué)反應(yīng)式

       每個催化反應(yīng)過程通常是由目的反應(yīng)和伴隨的副反應(yīng)所構(gòu)成。在開發(fā)之初應(yīng)盡量寫出一切可能發(fā)生的反應(yīng)式，將反應(yīng)進行分類，判別要求和不要求的反應(yīng)類型，從而可假設(shè)反應(yīng)機理，以找出有利或抑止這些反應(yīng)的催化劑，減少需要篩選的催化劑數(shù)量。

       例如，對于反應(yīng) A+B-→C+D對于分子數(shù)為2或2以下的反應(yīng)可進一步細分為以下反應(yīng):① 基本反應(yīng):反應(yīng)體系中，反應(yīng)物分子本身進行的單分子反應(yīng)，如異構(gòu)化反應(yīng)或裂解反應(yīng):

A - -- -->A1              B- -- -->B1

A - -- -->A1 +A2           B- -- -->B1 +B2

②自身相互反應(yīng)：反應(yīng)體系中同種分子間的反應(yīng)，如：

③交叉相互反應(yīng)：反應(yīng)體系中不同反應(yīng)物分子間的反應(yīng)，如：

A+B→C+D   A+B→E

④接續(xù)反應(yīng)：反應(yīng)物分子和經(jīng)基本反應(yīng)或自身相互反應(yīng)生成的分子再繼續(xù)進行反應(yīng)，如

A+A'→J   B+B3→K

⑤交叉持續(xù)反應(yīng)：反應(yīng)物分子和基本反應(yīng)、自身相互反應(yīng)或交叉相互反應(yīng)生成的產(chǎn)物間的反應(yīng)，如：

A+C→L   B+H→M

⑥衍生的基本反應(yīng)：單一產(chǎn)物分子本身進行的單分子反應(yīng)，如：

C一→C'      D→D'      E→E'

C→C1+C2   D→D1+D2   E→E1+E2

⑦衍生的自身相互反應(yīng)：同一產(chǎn)物分子進行的雙分子反應(yīng)，如：

2C→F   2D→G

⑧衍生的交叉相互反應(yīng)：兩種產(chǎn)物分子間的反應(yīng)，如：

C+E→H   D+E→I

        以烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)為例加以說明。轉(zhuǎn)化反應(yīng)是指水蒸氣與烴類在高溫下進行生成CO、(CO2及H2的反應(yīng)。烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化的目的是最大限度地提取水和烴類原料中所含的氫，所用的烴可以是氣態(tài)烴或液態(tài)烴。表2-1示出了碳四烴水蒸氣轉(zhuǎn)化可能的反應(yīng)式。

表2-1 碳四烴水蒸氣轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式

續(xù)表

3．假設(shè)反應(yīng)機理

根據(jù)上述大量反應(yīng)，并考察熱力學(xué)上的可行性，將其歸納為以下主要反應(yīng)類型：

裂解反應(yīng)：                  C4H10→C3H6+CH4

脫氫反應(yīng)：                  C4H10→C3H8+H2

水合反應(yīng)：              C4H8+H2O→C4H9OH

水蒸氣裂解：            C4H8+H2O→C2H5CHO+CH4

脫羰反應(yīng)：               C2H5CHO→CO+C2H6

水煤氣變換：              CO+H2O→CO2+H2

聚合反應(yīng)：                  2C2H4→C4H8

產(chǎn)品展示

產(chǎn)品詳情：

      將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并將其轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的催化反應(yīng)，光熱催化反應(yīng)。根據(jù)能量轉(zhuǎn)換路徑以及熱能和電子激發(fā)起到催化反應(yīng)作用程度的不同，將光熱催化分類為光輔助熱催化，熱輔助光催化以及光熱協(xié)同催化。

     SSC-PTCR光致熱催化反應(yīng)系統(tǒng)，實現(xiàn)了雙光源照射，提高了光致熱的能量輸出，加快光催化實驗的進度，可以實時監(jiān)測催化劑溫度；配套的質(zhì)量流量PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種反應(yīng)氣體的任意匹配，更有利于實驗的調(diào)整，配方的研發(fā)。

      SSC-PTCR光致熱催化反應(yīng)系統(tǒng)，配合控溫和磁力攪拌器，直接升級為釜式光熱催化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)一機多用，多種體系下評價催化劑的活性。