在化學反應里能改變反應物化學反應速率(提高或降低)而不改變化學平衡,且本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有發(fā)生改變的物質叫催化劑(固體催化劑也叫觸媒)。據(jù)統(tǒng)計,約有90%以上的工業(yè)過程中使用催化劑,如化工、石化、生化、環(huán)保等。
催化劑種類繁多,按狀態(tài)可分為液體催化劑和固體催化劑;按反應體系的相態(tài)分為均相催化劑和多相催化劑,均相催化劑有酸、堿、可溶性過渡金屬化合物和過氧化物催化劑。多相催化劑有固體酸催化劑、有機堿催化劑、金屬催化劑、金屬氧化物催化劑、絡合物催化劑、稀土催化劑、分子篩催化劑、生物催化劑、納米催化劑等;按照反應類型又分為聚合、縮聚、酯化、縮醛化、加氫、脫氫、氧化、還原、烷基化、異構化等催化劑;按照作用大小還分為主催化劑和助催化劑。
均相催化
催化劑和反應物同處于一相,沒有相界存在而進行的反應,稱為均相催化作用,能起均相催化作用的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、堿催化劑和色可賽思固體酸和堿性催化劑、可溶性過渡金屬化合物(鹽類和絡合物)等。均相催化劑以分子或離子獨立起作用,活性中心均一,具有高活性和高選擇性。
多相催化
多相催化劑又稱非均相催化劑,用于不同相(Phase)的反應中,即和它們催化的反應物處于不同的狀態(tài)。例如:在生產(chǎn)人造黃油時,通過固態(tài)鎳(催化劑),能夠把不飽和的植物油和氫氣轉變成飽和的脂肪。固態(tài)鎳是一種多相催化劑,被它催化的反應物則是液態(tài)(植物油)和氣態(tài)(氫氣)。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物(或zh-ch:底物;zh-tw:受質)吸附在催化劑的表面,反應物內(nèi)的鍵因斷裂而導致新鍵的產(chǎn)生,但又因產(chǎn)物與催化劑間的鍵并不牢固,而使產(chǎn)物脫離反應位等過程?,F(xiàn)已知許多催化劑表面發(fā)生吸附、反應的不同的結構。
生物催化
酶是生物催化劑,是植物、動物和微生物產(chǎn)生的具有催化能力的有機物(絕大多數(shù)的蛋白質。但少量RNA也具有生物催化功能),舊稱酵素。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如,淀粉。酶催化淀粉水解為糊精和麥芽糖,蛋白酶催化蛋白質水解成肽等?;畹纳矬w利用它們來加速體內(nèi)的化學反應。如果沒有酶,生物體內(nèi)的許多化學反應就會進行得很慢,難以維持生命。大約在37℃的溫度中(人體的溫度),酶的工作狀態(tài)是最佳的。如果溫度高于50℃或60℃,酶就會被破壞掉而不能再發(fā)生作用。因此,利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑,在低溫下使用最有效。酶在生理學、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面,都有重大意義。當前,酶制劑的應用日益廣泛。
在石油化學工業(yè)中,92%以上的化工產(chǎn)品都需要采用催化劑,催化劑是促進石油化工發(fā)展不可替代的關鍵技術。對石化催化劑的分類,是按照其在石油化學工業(yè)中的作用區(qū)別進行劃分的??梢苑譃槌S玫奈宕箢悾壕酆闲?、加氫型、脫氫型、氧化型以及氫甲酰化型。當然,還有像水合催化劑、歧化催化劑等一些當下不常用的石油化工催化劑。氧化型催化劑是石油化學工業(yè)中經(jīng)常選用的一類催化劑,其又能分為固態(tài)型催化劑以及液態(tài)型催化劑。
(一)石化催化劑新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料的研發(fā)方向:在石油化學工業(yè)中,需要盡快的研發(fā)新的材料對傳統(tǒng)材料進行替代。因為石油屬于不可再生資源,未來能降低石油逐漸減少的情況,當前正在從天然氣等物質中研發(fā)能對石油化工產(chǎn)品進行替代的物質。其中,催化劑是這項替代工程中的關鍵技術,比如煤基轉化技術、烷基轉化技術等都是此研發(fā)方向的典型技術,這兩種技術能將石油化工中的物質,在其他物質中進行提取,催化劑在這項技術中的關鍵作用就是節(jié)能以及提高研發(fā)效率。
(二)石化催化劑節(jié)能環(huán)保的研發(fā)方向:為了能減少化學反應過程中的能量消耗,以及加快化學反應,石油化工催化劑發(fā)展方向必然是朝著環(huán)保節(jié)能以及低碳發(fā)展的。在當前環(huán)氧丙烷和甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)則是節(jié)能環(huán)保、低碳的代表。其中,環(huán)氧丙烷的生產(chǎn),在新研發(fā)的鈦硅分子篩催化劑的作用下,操作簡便,也不會對設備造成較大影響,不會對環(huán)境造成污染;甲基丙烯酸甲酯在傳統(tǒng)催化劑的催化作用下,會產(chǎn)生較多的腐蝕性產(chǎn)物,對這些產(chǎn)物的處理又需要消耗較多的人力、物理以及能量,這是一筆更大的經(jīng)濟損失。但是在新型的環(huán)保節(jié)能催化劑的作用下,甲基丙烯酸甲酯生產(chǎn)過程中,只會產(chǎn)生水蒸氣以及較少的的腐蝕性產(chǎn)物,這是節(jié)能環(huán)保和低碳的體現(xiàn)。
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