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關鍵詞 | 催化劑  失活  原因分析

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導 讀

催化劑在使用過程中其活性隨著使用時間的增長而降低，催化劑的失活甚至可以導致反應系統的非穩態操作。催化劑失活與多種因素有關，這些因素的定性定量分析極其復雜困難。

影響催化劑失活的原因很多。有人把它們基本歸納為兩類：一是化學變化引起的失活；二是結構改變引起的失活。還有人歸納為三類：即化學失活、熱失活和機械失活。

其實催化劑失活萬變不離其宗，我們可以簡單劃分為中毒、結焦和堵塞、燒結和熱失活三大類來進行討論。

PART 1

中毒引起的失活

①毒物分析

催化劑的活性由于某些有害雜質的影響而下降稱為催化劑中毒，這些物質稱為毒物。在大部分情況下，毒物來自進料中的雜質，也有因反應產物(如平行反應或連串反應的毒產物)強烈吸附于活性位而導致的催化劑中毒。通常所說的毒物都是相對于特定的催化劑和特定的催化反應而言的，下面就列出了一些催化劑上進行反應的毒物。

②中毒類型

既然中毒是由于毒物和催化劑活性紐份之問發生了某種相互作用，則可以根據這種相互作用的性質和強弱程度將毒物分成三類：

(1) 暫時中毒(可逆中毒)

毒物在活性中心上吸附或化臺時，生成的鍵強度相對較弱可以采取適當的方法除去毒物，使催化劑活性恢復而不會影響催化劑的性質，這種中毒叫做可逆中毒或暫時中毒。

(2) 永久中毒(不可逆中毒)

毒物與催化劑活性組份相互作用，形成很強的的化學鍵．難以用一般的方法將毒物除去以使催化劑活性恢復，這種中毒叫做不可逆中毒或永久中毒。

(3) 選擇性中毒

催化劑中毒之后可能失去對某一反應的催化能力，但對別的反應仍有催化活性，這種現象稱為選擇中毒。在連串反應中，如果毒物僅使導致后繼反應的活性位中毒，則可使反應停留在中間階段，獲得高產率的中間產物。

PART 2

結焦和堵塞引起的失活

催化劑表面上的含碳沉積物稱為結焦。以有機物為原料以固體為催化荊的多相催化反應過程幾乎都可能發生結焦。由于含碳物質和（或）其它物質在催化劑孔中沉積，造成孔徑減小(或孔口縮小)，使反應物分子不能擴散進入孔中，這種現象稱為堵塞。所以常把堵塞歸并為結焦中，總的活性衰退稱為結焦失活，它是催化劑失活中最普遍和常見的失活形式。通常含碳沉積物可與水蒸氣或氫氣作用經氣化除去，所以結焦失活是個可逆過程。與催化劑中毒相比，引起催化劑結焦和堵塞的物質要比催化劑毒物多得多。

結焦按反應性質不同，可以分為非催化結焦和催化結焦兩類。非催化結焦是指在氣相或非催化表面上生成焦油和碳的過程。非催化結焦的反應溫度通常比催化反應溫度高得多，所以在正常催化反應條件下，催化結焦是導致催化劑失活的主要因素。

催化結焦與多種因素有關，例如與位置選擇性失活有關、與特定位置失活有關、與酸度和孔結構有關，與金屬粒子結構有關等。當然，焦沉積的數量還和催化劑床層的深度等反應體系以及制備方法有關。

結焦失活會引起催化劑的表面積和孔隙率的變化，從而造成反應氣體擴散率降低，反應產率下降。

PART 3

燒結和熱失活

催化劑的燒結和熱失活是指由高溫引起的催化劑結構和性能的變化。高溫除了引起催化劑的燒結外．還會引起其它變化，主要包括：化學組成和相組成的變化，半熔，晶粒長大，活性組分被載體包埋，活性組分由于生成揮發性物質或可升華的物質而流失等。事實上，在高溫下所有的催化劑都將逐漸發生不可逆的結構變化，只是這種變化的快慢程度隨著催化劑不同而異。

 

當然催化劑失活的原因是錯綜復雜的，每一種催化劑失活并不僅僅按上述分類的某一種進行，往往是由兩種或兩種以上的原因引起的。