催化劑的基本性能---使用壽命
催化劑的壽命是指催化劑在反應(yīng)運轉(zhuǎn)條件下，在活性及選擇性不變的情況下能連續(xù)使用的時間，或指活性下降后經(jīng)再生處理而使活性又恢復(fù)的累計使用時間。催化劑使用壽命也是工業(yè)催化劑使用中的一個突出問題，因為對失活的催化劑進行再生或更換，需要消耗大量人力物力，裝置停車還會造成工廠減產(chǎn)。從經(jīng)濟效益考慮用戶總希望催化劑使用壽命長些。
1．壽命曲線
催化劑在使用過程中，由于溫度、壓力及各種物質(zhì)的綜合作用，催化劑的組成、孔結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生變化，從而導(dǎo)致催化活性及選擇性下降甚至喪失，是催化劑壽命的本質(zhì)。
圖1-15 化劑的壽命曲線
工業(yè)催化劑的使用壽命各不相同，壽命長的可用十幾年，壽命短的只能用十幾天，而同一品種催化劑，因操作條件不同，壽命也會有差異。工業(yè)催化劑的活性下降趨勢可用圖1-15所示的壽命曲線表示。它大致可分為三個階T一U段。階段I是初始高活性期，相當于新鮮催化劑上高活性點容易蛻變的階段，也就是活性不穩(wěn)定階段，經(jīng)過一定誘導(dǎo)期后達到穩(wěn)定期，也即階段Ⅱ。催化劑在階段Ⅱ有相當長時間內(nèi)活性保持不變，工業(yè)催化劑通常在此階段中使用。隨著使用時間增長，催化劑因吸附毒物、粉碎等原因?qū)е麓呋瘎﹪乐厥Щ?，就進入階段亞達到衰化期或終末期。在階段I，往往由于操作條件波動較大，難以穩(wěn)定操作，所以往往先將高活性部位通過預(yù)處理過程后使其過渡到階段Ⅱ進行實際操作。2．影響使用壽命的因素
催化劑在使用過程中會因多種因素而失活，不論何種催化劑都不能永久使用。根據(jù)作用機理，影響催化劑使用壽命的主要因素有以下一些方面。
（1）催化劑中毒
中毒是指催化劑的活性、選擇性由于少量外來物質(zhì)的存在而下降的現(xiàn)象，而這些少量外來物質(zhì)則稱作催化（劑）毒物。中毒可分為可再生的暫時性中毒和不可再生的永久性中毒兩種類型。除了催化劑表面某些反應(yīng)物或反應(yīng)生成物的吸附，副產(chǎn)物如炭質(zhì)析出外，原料中混入的毒物、管路中的污垢、泵及壓縮機的油沫等也是引起中毒的原因。
（2）發(fā)生半熔
半熔這一名詞起源于冶金及陶瓷工業(yè)中燒結(jié)的初期過程中發(fā)生的現(xiàn)象，即將粉末預(yù)壓成型后加熱，但不熔融，使顆粒表面發(fā)生黏合連結(jié)。在催化劑上，半熔可以理解為：催化劑在某種氣氛下加熱時，在向熱穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程中，催化劑比表面積減少，并伴隨著易形成活性中心的晶格組織不完整部分發(fā)生減少或消失的現(xiàn)象。半熔可以分為量半熔及質(zhì)半熔兩種類型：
①量半熔：由于受熱，催化劑活性物質(zhì)的晶粒變得粗大（比表面積減小，細孔直徑增大），活性點減少的現(xiàn)象稱為量半熔。如催化劑的活性下降僅僅由于量半熔所引起，則催化劑活性物質(zhì)的表面積減少與活性下降成比例關(guān)系。
②質(zhì)半熔:由于受熱，易形成活性中心的晶格組織不完整部分減少、活性點強度減少等現(xiàn)象稱為質(zhì)半熔，這時催化劑活性物質(zhì)的比表面積基本不變。
發(fā)生半熔的機制是頗為復(fù)雜的，通常，半熔程度會隨加熱溫度上升而增大，加熱氣氛也有，重要影響。在氧化性及還原性氣氛中半熔的機制也有所不同，氧化性氣氛中往往易發(fā)生量半熔，而還原性氣氛中則易發(fā)生質(zhì)平熔。按照熱力學的觀點，發(fā)生半熔的催化劑是難以再生的因此要盡量使催化劑在不受半熔的條件下操作。至于衡量是否易發(fā)生半熔的標準并不十分容易。對于金屬催化劑可以熔點作為判斷標準，半熔多發(fā)生在熔點的14
~15
的溫度。負載于載體上的金屬催化劑，也可用金屬的升華熱作為衡量標準，升華熱越小的金屬，越易引起半熔。
(3)化合形態(tài)及化學組成發(fā)生變化
催化劑在使用過程中其化合形態(tài)及化學組成經(jīng)常會發(fā)生變化，引起這種變化的因素也較多，其中有：
① 原料或反應(yīng)物混入的雜質(zhì)?；蚴欠磻?yīng)生成物本身與催化劑發(fā)生反應(yīng)，因這種原因引起催化劑失活的現(xiàn)象稱作化合物生成中毒。例如，用NH3還原NOx，的廢氣凈化過程用的Cu0/AL,0,催化劑，如燃料油含有硫時，燃燒尾氣中生成的 S0,氧化成S0;后，會與 Cu0反應(yīng)生成CuS0。，AL0,載體變?yōu)锳L(S0,),，由于生成硫酸鹽致使催化劑的化合形態(tài)發(fā)生變化，致使活性點減小而失活。反應(yīng)物也會發(fā)生類似情況，形成新化合物使催化劑失活。反應(yīng)物或反應(yīng)生成物引起催化劑活性下降的現(xiàn)象有時也稱作阻滯作用。它們雖不是雜質(zhì)，但一種反應(yīng)的分子被強烈吸附而覆蓋著大部分催化劑表面時，會阻止另一種反應(yīng)分子的吸附。例如用亞硫酸鎳進行CS,的催化加氫時，反應(yīng)就會受到CS,的阻滯作用，這是由于硫的化合物在催化劑上的吸附作用比氫強得多。
②催化劑受熱或周圍氣氛使催化劑表面組成發(fā)生變化，引起這種現(xiàn)象的原因也很多例如催化劑在反應(yīng)時活性組分部分發(fā)生升華(如丙烯催化氧化制丙烯醛用Se0,-CuO催化劑在反應(yīng)過程中所發(fā)生的Se的升華):催化劑活性組分自表面向內(nèi)部擴散或雜質(zhì)自內(nèi)部向表面擴散(如氧化鋁之類的一次粒子內(nèi)部殘留的Na,加熱后逐漸向表面擴散，導(dǎo)致表面 Na增多);因催化劑細孔被雜質(zhì)或毒物堵塞;因載體與活性組分發(fā)生固相反應(yīng)(如以A10,為載體的 Cu、Ni 加氫催化劑加熱時因固相反應(yīng)生成鋁酸銅、鋁酸鎳之類化合物)等。
(4)形狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化面
所謂形狀結(jié)構(gòu)變化是指催化劑在使用過程中，由于各種因素而發(fā)生的催化劑外觀形狀粒度分布、活性組分負載狀態(tài)以及所造成的機械強度變化等，對于經(jīng)成型制得的催化劑，引起形狀結(jié)構(gòu)變化的因素可分為:
① 催化劑受急冷、急熱或其他機械作用引起催化劑結(jié)構(gòu)破壞及強度降低。反應(yīng)時由于升溫、降溫過快或由于停電等原因引起催化劑急冷、急熱時，催化劑受到的反復(fù)熱脹冷縮相當于對催化劑施加外部機械力，從而導(dǎo)致催化劑破碎;催化劑裝填時下落距離過高或輸送時引起的震動等原因也可導(dǎo)致催化劑崩裂。
②)因催化劑成型時所加人的黏合劑揮發(fā)及受熱變質(zhì)而引起顆粒間黏結(jié)力降低，固體催化劑通常用擠出或造粒等方法成型，并加人各種黏結(jié)劑以使催化劑具有足夠的機械強度，如果黏結(jié)劑選擇不當，或高溫下發(fā)生揮發(fā)流失，催化劑顆粒就會喪失黏結(jié)力而粉化。
③因污塞引起結(jié)構(gòu)變化。污塞通常指催化劑上碳沉積的形成。烴類及一些有機化學反應(yīng)，常會在催化劑上形成不揮發(fā)的沉積物，這些沉積物可能是在高溫下因有機物分解而形成的一般類似于煤煙或焦炭狀的物質(zhì)，或者是由于較低溫度下聚合形成的樹脂狀物質(zhì)，這種沉積物覆蓋在催化劑活性點上就會使催化劑活性及選擇性下降。但積炭所引起的催化劑失活現(xiàn)象往往可通過燒炭的方法使催化劑復(fù)活。此外，不純反應(yīng)物所帶人的污染物也會影響催化劑的正常運轉(zhuǎn)，如水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)所使用的氧化鐵催化劑就可能因反應(yīng)氣體中帶入的微粒塵埃覆蓋表面，使其活性下降。
由上可知，影響催化劑使用壽命的因素很多，而且往往也是多種因素綜合的結(jié)果。因此，要延長催化劑使用壽命也需針對各種失活原因采取綜合措施;如盡量除去反應(yīng)原料中的雜質(zhì)，在減緩失活的條件下使用催化劑，防止樹脂狀物質(zhì)沉積，改進催化劑的配方及制造方法，防止催化劑使用時發(fā)生半熔等。
產(chǎn)品展示
產(chǎn)品詳情：
SSC-PEFC20光電流動反應(yīng)池實現(xiàn)雙室二、三、四電極的電化學實驗，可以實現(xiàn)雙光路照射，用于半導(dǎo)體材料的氣-固-液三相界面光電催化或電催化的性能評價，可應(yīng)用在流動和循環(huán)光電催化N2、CO2還原反應(yīng)。反應(yīng)池的優(yōu)勢在于采用高純CO2為原料氣可以直接參與反應(yīng)，在催化劑表面形成氣-固-液三相界面的催化體系，并且配合整套體系可在流動相狀態(tài)下不斷為催化劑表面提供反應(yīng)原料。
SSC-PEFC20光電流動反應(yīng)池解決了商業(yè)電催化CO2還原反應(yīng)存在的漏液、漏氣問題，采用全新的純鈦材質(zhì)池體，實現(xiàn)全新的外觀設(shè)計和更加方便的操作。既保證了實驗原理的簡單可行，又提高了CO2還原反應(yīng)的催化活性，為實現(xiàn)CO2還原的工業(yè)化提供了可行方案。
產(chǎn)品優(yōu)勢：
SSC-PEFC20光電流動反應(yīng)池優(yōu)勢：
● 半導(dǎo)體材料的電化學、光電催化反應(yīng)活性評價；
● 用于CO2還原光電催化、光電解水、光電降解、燃料電池等領(lǐng)域；
● 微量反應(yīng)系統(tǒng)，極低的催化劑用量；
● 配置有耐150psi的石英光窗；
● 采用純鈦材質(zhì)，耐壓抗腐蝕；
● 導(dǎo)電電極根據(jù)需要可表面鍍金、鈀或鉑，導(dǎo)電性能極佳，耐化學腐蝕；
● 光電催化池可與光源、GC-HF901（EPC）、電化學工作站、采樣系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)配合，搭建光電催化CO2還原系統(tǒng)，實現(xiàn)在線實時測試分析。
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