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當(dāng)前位置:北京鑫視科科技有限公司>>技術(shù)文章>>催化劑的分類--按催化反應(yīng)的物相體系分類
催化劑曾稱觸媒,,是一類能改變化學(xué)反應(yīng)速率而在反應(yīng)中自身并不消耗的物質(zhì),。有機(jī)過氧化物受熱時,,過氧鍵發(fā)生均裂分解成兩個自由基,能引發(fā)單體進(jìn)行自由基聚合,,但最終進(jìn)入聚合物分子鏈中而被消耗,。嚴(yán)格地講,它不是催化劑而是引發(fā)劑,。催化劑通過若干個基元步驟不間斷地重復(fù)循環(huán),,參加并加速熱力學(xué)可行反應(yīng)的速率,不能改變該反應(yīng)的平衡常數(shù),,而在循環(huán)的最終步驟恢復(fù)為其原始狀態(tài),。催化劑不僅能加速具有重要經(jīng)濟(jì)價值但速率極慢的反應(yīng)(如由氮及氫直接合成氨),還能選擇加速所希望產(chǎn)物的生成反應(yīng)(如乙烯氧氯化只生成二氯乙烷),。多數(shù)具有重要工業(yè)意義的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程都是在催化劑作用下進(jìn)行的,,生物體內(nèi)的化學(xué)轉(zhuǎn)化(新陳代謝過程)也是利用酶或有機(jī)體作為催化劑來實(shí)現(xiàn)的。
催化是一門科學(xué),,也是一門技術(shù)或藝術(shù),,催化反應(yīng)的種類和數(shù)目與日俱增,同一種催化劑可以催化出不同的反應(yīng)產(chǎn)物,,而不同的催化劑也可催化出相同的反應(yīng)產(chǎn)物,,因此很難對催化劑作出嚴(yán)格分類,而是從不同的研究或應(yīng)用角度作出大致分類。
按催化反應(yīng)的物相體系分類
根據(jù)催化劑的作用狀況,,催化作用可分為均相催化及非均相催化(或稱多相催化)兩類,。均相催化是在氣相或溶液中進(jìn)行,催化劑是分子或離子,;多相催化則發(fā)生在催化劑表面上,。以酶為催化劑的酶催化實(shí)質(zhì)上也屬于均相催化,但習(xí)慣上將其單獨(dú)列為酶催化,。
(1)均相催化劑
均相反應(yīng)又稱單相反應(yīng),,是在同一相中進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),如氣相反應(yīng)及液相反應(yīng),。氣相反應(yīng)的特點(diǎn)是反應(yīng)物分子直接按一定的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行反應(yīng),,如:
液相反應(yīng)的特點(diǎn)是液相的密度比氣相大,而且反應(yīng)分子被溶劑分子隔開,,必須通過擴(kuò)散才能相遇,,然后發(fā)生反應(yīng)。通常,,液相反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理遠(yuǎn)比氣相反應(yīng)復(fù)雜,。所謂均相催化則是催化劑和反應(yīng)物同處在均勻的氣相或液相中所進(jìn)行的催化作用。如一氧化氮催化二氧化硫
氧化成三氧化硫的反應(yīng):
催化劑NO與反應(yīng)物同處于氣態(tài),。又如硫酸催化乙醇和乙酸酯化生成乙酸乙酯的反應(yīng):
催化劑硫酸與反應(yīng)物均處于液相,。
上述NO是氣相均相催化劑,是液相均相催化劑,。除上述氣相催化反應(yīng)及液相催化反應(yīng)外,,非水溶液的配位催化也是近期發(fā)展很快的一類均相催化,如由羰基鈷或銠膦配合物催化烯烴和一氧化碳及氫轉(zhuǎn)化成醛的羰基合成反應(yīng):
配位催化所使用的催化劑是可溶的有機(jī)金屬化合物,。這類催化劑具有高活性,、高選擇性、有明確設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),、易于研究從始態(tài)到終態(tài)的反應(yīng)全過程等特點(diǎn),。
均相催化劑在催化體系中是以獨(dú)立的分子形態(tài)而分散的,其活性中心也是以獨(dú)立的分子形態(tài)存在,,因此易于用現(xiàn)代譜儀手段獲得原位反應(yīng)過程中的信息,,可對反應(yīng)機(jī)理作出較確切的描述。但均相催化劑與產(chǎn)物難以分離,,催化劑回收困難,,有些催化劑對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重,因而均相催化劑的應(yīng)用不如多相催化劑那樣廣泛,。
(2)多相催化劑
多相反應(yīng)又稱非均相反應(yīng),,是在多相物系的各相間進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng),。反應(yīng)一般在兩相間的界面上進(jìn)行,按相界面不同可分為氣-固,、液-固,、氣-液、液-液及固-固相反應(yīng),。多相催化是指催化劑和反應(yīng)物處在不同相的催化作用,,相間組合方式多是催化劑為固體,反應(yīng)物為氣體,、液體或氣體加液體,,或催化劑為液體,反應(yīng)物為氣體,,而其他組合方式在催化反應(yīng)中很少出現(xiàn),。
圖1-1 多相催化反應(yīng)各步驟示意
多相催化中應(yīng)用是固體催化劑體系,即催化劑是固體,,反應(yīng)物是氣體或液體,反應(yīng)物分子必須從反應(yīng)物相轉(zhuǎn)移到固體催化劑的表面上才能發(fā)生催化作用,。從反應(yīng)物到產(chǎn)物一般經(jīng)歷如圖1-1所述五個串聯(lián)步驟:①反應(yīng)物分子從氣(或液)相擴(kuò)散到催化劑表面及孔道中:②反應(yīng)物分子(至少一種)化學(xué)吸附在催化劑孔道內(nèi)表面上:③吸附的反應(yīng)物分子發(fā)生表面化學(xué)反應(yīng),,包括吸附分子之間的反應(yīng),吸附分子的分解或吸附分子與氣相分子發(fā)生反應(yīng),;④反應(yīng)產(chǎn)物從催化劑內(nèi)表面解吸或脫附,;⑤解吸的反應(yīng)產(chǎn)物分子從孔內(nèi)擴(kuò)散至氣(或液)相。其中①,、⑤為物理過程,,②~④為表面進(jìn)行的化學(xué)過程,與反應(yīng)工藝條件及催化劑表面結(jié)構(gòu)及組成等因素有關(guān),。其中吸附是多相催化的基本步驟,,而起主要作用的是化學(xué)吸附,它能使被吸附分子的化學(xué)鍵和電子分布發(fā)生變化,,有利于進(jìn)一步在表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng),。但化學(xué)吸附強(qiáng)度也須適中,吸附太強(qiáng)會使催化劑中毒,,吸附太弱反應(yīng)物分子未能被活化,,催化活性也就不高。吸附強(qiáng)度通??捎梦綗醽矶攘?。
多相催化劑由于使用壽命長,容易活化,、再生,,便于工業(yè)應(yīng)用,,產(chǎn)品質(zhì)量高,所以,,大多數(shù)重要的工業(yè)催化過程都使用這類催化劑,。
(3)酶
酶是由生物細(xì)胞產(chǎn)生的,具有催化化學(xué)反應(yīng)功能的生物催化劑,。生物體內(nèi)存在兩類生物催化劑,,一類是以蛋白質(zhì)為主要成分的生物催化劑稱為酶,另一類是以核糖核酸為主要成分的生物催化劑稱為核酶,。酶主要催化生物體內(nèi)糖,、蛋白質(zhì)、核酸和酯類等物質(zhì)的合成與分解代謝,;核酶則主要催化核糖核酸的剪接反應(yīng),。生物體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)變化主要是在酶的作用下進(jìn)行。通常酶是以親液膠體形式存在,,酶分子大小約為3~100nm,,酶催化可歸屬為介于均相與多相之間的微多相催化。根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型,,將酶分為六大類:氧化還原酶,、轉(zhuǎn)移酶、水解酶,、裂合酶,、異構(gòu)酶、連接酶,。迄今為止,,人們已發(fā)現(xiàn)和鑒定出2000多種酶,其中有200多種已得到了結(jié)晶,。
酶既有一般催化劑的共性,,又有催化效率高、高度專一性,、活性受多種因素調(diào)節(jié)控制,、作用條件溫和及不穩(wěn)定等特點(diǎn)。與其他催化劑一樣,,酶也只能催化和加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的反應(yīng),,不影響反應(yīng)的熱力學(xué)平衡常數(shù)。但酶催化的反應(yīng)速率比非酶催化的反應(yīng)速率要快106~1012倍,。如人體消化道中沒有酶,,消化一餐食物要花費(fèi)50年的時間。酶可在溫和條件下進(jìn)行催化反應(yīng),,反應(yīng)溫度為20~40℃,,一般為30℃左右,,反應(yīng)pH值為5~8,一般為7左右,。在這樣的反應(yīng)條件下,,可減少許多不必要的副反應(yīng)發(fā)生,而傳統(tǒng)的化學(xué)催化反應(yīng),,常會發(fā)生某些副反應(yīng),。此外,酶催化劑的用量很少,,一般化學(xué)催化劑的用量是0.1%~1%(摩爾),,而酶催化反應(yīng)中酶的用量為10-4%~10-3%(摩爾)。顯然,,酶促反應(yīng)是節(jié)省資源又無公害的理想反應(yīng),,但酶由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目前還難于人工制備,,而酶的研究及模擬對于闡明生命現(xiàn)象本質(zhì)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有重大意義,。
產(chǎn)品介紹
SSC-PB60光化學(xué)實(shí)驗(yàn)箱,有效的內(nèi)部使用空間,,通風(fēng)散熱,、內(nèi)外電源插座、多樣化的接口,、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更人性化,,使用更加方便,??膳浜隙喾N光源、儀器使用,,是光催化反應(yīng)防護(hù)的選擇,。SSC-PB60光化學(xué)實(shí)驗(yàn)箱可應(yīng)用于光化學(xué)催化、光化學(xué)合成,、降解等實(shí)驗(yàn)避光通風(fēng)防護(hù),,也可以應(yīng)用于一些常規(guī)實(shí)驗(yàn)的安全防護(hù)。
1) 內(nèi)置可調(diào)節(jié)式隔板,,可以放置光源,,用于頂照光催化實(shí)驗(yàn);
2) 箱體正面的右側(cè)開門,,中間有觀察窗,,搭配深色有機(jī)玻璃,可安全觀察實(shí)驗(yàn)反應(yīng)
3) 箱體設(shè)有多個開孔,,方便循環(huán)水,、光源引線,、外置光源的進(jìn)出。內(nèi)置光源有獨(dú)立的散熱窗口,,避免了阻塞風(fēng)路的問題,;
4) 箱體后面內(nèi)嵌對開工作插排,可同時為箱體內(nèi),、外用電設(shè)備供電,;右側(cè)有總電源開關(guān)(內(nèi)置保險220V/8A);
5) 箱體配有散熱風(fēng)扇,,可有效降低內(nèi)部溫度,;
6) 箱體內(nèi)部為黑色吸光設(shè)計(jì),一定程度上阻止了光反射現(xiàn)象,,使反應(yīng)物受光更均勻,。
7) 正面設(shè)計(jì)有觀察窗(可隔斷紫外和大部分可見光),便于對反應(yīng)進(jìn)行觀察,。
8) 箱體尺寸:寬350mm*深420mm*高600mm
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