催化剂的评价与表征

1 催化剂的组成

①主催化剂：起主要催化作用的根本性物质。主催化剂也是催化剂中产生活性的只要部分，一般说来只有催化剂的局部位置才产生活性，它称作活性中心或活性部位。

②共催化剂：化学反应中，含有两种单独存在时都具有催化活性的物质，但各自的催化活性大小不同，并且由于两者的组合使用导致催化活性大大提高。其中，活性大的为主催化剂，活性小的为共催化剂。有时两种物质单独存在时各自的催化活性都很小，难分主次。但两者组合起来可制成活性很高的催化剂，此时则彼此互为共催化剂。

③助催化剂：助催化剂本身催化活性极低或并无催化活性，但只要在催化剂中添加少量的助催化剂，与活性组分产生某种作用，就能提高主催化剂的活性、选择性以及改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能。

④载体：载体是固体催化剂特有的组分，主要是作为沉积催化剂的骨架。

2 化学催化分类

①均相催化：包括气相均相催化和液相均相催化。均相催化活性高、选择性好、但催化剂与产物分离困难。均相催化剂是以分子或离子水平独立起作用的，可分为包括Lewis酸、碱在内的酸碱催化剂，可溶性过渡金属化合物(盐类和配合物)催化剂以及少数非金属分子催化剂。

②多相催化：分为气-液相催化，气-固相催化、液-液相催化、液-固相催化和气-液-固相催化。多相催化体系都存在一个或多个相界面，其催化反应是在相界面上进行的。多相催化的催化剂易与产物分离可实现大规模生产和连续生产，但一般在高温高压下进行，能耗高，活性和选择性较低。

3 催化剂评价指标

催化剂的基本功能有活性、选择性和稳定性。理想催化剂最好能同时具有以上三个功能，但是实际中很难找到如此兼顾的催化剂，催化剂功能的相对重要顺序为：选择性>稳定性>活性。

①催化剂的选择性：催化剂参与反应过程，因而催化剂对反应具有较高的选择性。当反应具有多种选择性时，催化剂对各个方向的活化能影响也不尽相同，从而得到某一种主要反应得到加速，其他反应则被抑制，这就是催化剂的专一性。利用催化剂的选择性和专一性，可以选择不同的催化剂和改变反应参数，可以从相同的反应物得到不同或不同比例的反应产物。

②催化剂的稳定性：催化剂在使用过程中，效率会逐渐下降，影响催化过程的进行。影响催化剂效率衰减的主要原因有：杂质毒化作用、高温使活性组分晶粒增大、催化性变质、尘埃或积炭覆盖、催化剂有效成分流失、催化剂颗粒破碎及粉化吹失等。

③催化剂的活性：催化剂活性的高低表示催化剂对反应加速作用的强度。常用催化剂表示方法有以下几种：

转换频率：反应在给定温度、压力、反应物比率以及一定反应度下在单位时间内，单位活性中心上发生反应的次数，以Vt表示。Vt只是催化剂活性的平均值，因为暴露在表面上的原子中，也只有一部分具有活性，因此其平均值是相当于较低水准的真实活性。

反应速率：反应速率表示反应的快慢，用反应速率比较催化剂的活性时，应保证反应进行时的温度、压力和原料组成等条件相同。

工业上常用时空收率表示催化剂的活性，其定义是每小时每升所得产物量，它是一段时间内速率的平均值。

速率常数：用速率常数比较催化剂活性时，要求反应条件相同。在不同催化剂上反应，仅当反应的速率方程有相同的形式时，用速率常数比较活性大小才有意义。

转化率：用转化率比较催化剂活性时，要求反应温度、压力、原料气浓度和接触时间(停留时间)相同。若为零级反应，由于转化率与反应物浓度无关，则不要求原料气浓度相同。

活化能：一个反应在某催化剂上进行时活化能高，则表示该催化剂的活性低，反之亦然。通常用总包反应的表观活化能作比较。

达到某一转化率的最低反应温度：最低反应温度高，表明催化剂的活性低，反之亦然。

催化剂基本概念