Urval och deaktivering Orsaker till heterogena katalysatorer

Baserat på de olika aktiva komponenterna kan heterogena katalysatorer delas in i metall och dess salter, metalloxider och sammansatta metalloxidkatalysatorer; baserat på deras form kan de delas in i sfäriska, korta kolumnformade och bikakeformer; baserat på deras förberedelseprocess kan de delas in i de som använder ett stöd och de som inte använder ett stöd.

Fasta-heterogena katalysatorer förhindrar till stor del katalysatorförluster, är lättare att separera från avloppsvatten och har fördelar som god aktivitet, god stabilitet och kort reningsprocess;

Emellertid sker massöverföring mellan heterogena katalysatorfaser, och suspenderade fasta ämnen i avloppsvatten och reaktionsintermediärer kan orsaka att katalysatorpartiklar beläggs eller blockeras, vilket leder till deaktivering.

(1) Metall/katalysatorer som stöds

I heterogen katalytisk oxidationsteknologi används ädelmetallkatalysatorer i stor utsträckning på grund av deras höga aktivitet, långa livslängd och starka anpassningsförmåga. Katalysatorer gjorda med ädelmetaller såsom P, Pd och Ru som aktiva komponenter har inte bara kompatibla kolväteadsorptionsställen utan också ett stort antal syreadsorptionsställen, som snabbt kan genomgå syreaktivering och kolväteadsorption när ytreaktionen fortskrider. För att uppnå bättre dispergerbarhet och minska mängden metall som används, används impregnering ofta för att stödja metaller på bärare med höga specifika ytareor, såsom Al3O2, SiO2, aktivt kol, TiO2, CeO2 och ZrO2.

(2) Metalloxid/katalysatorer som stöds

Valet av katalysatorer i katalytiska oxidationsprocesser kräver övervägande av många faktorer, såsom egenskaperna hos lösningen, katalysatorns katalytiska kapacitet och dess termiska stabilitet i vatten. Bland dessa är metalloxider högt värderade på grund av deras höga stabilitet och goda aktivitet.

Baserat på deras stabilitet kan katalysatorer klassificeras enligt följande: 1. Oxider som är mest stabila under höga oxidationsförhållanden, såsom titanoxid, vanadinoxid, kromoxid, magnesiumoxid, zinkoxid och aluminiumoxid; 2. Oxider med måttlig stabilitet, såsom järnoxid, koboltoxid, nickeloxid och blyoxid; 3. Instabila oxider i hög-oxidation-tillstånd och ädelmetaller, såsom platina, palladium, rutenium och guld.

(3) Kompositoxid/katalysatorer som stöds

Baserat på den komplementära principen för reglering av katalytisk aktivitet förväntas kompositoxidkatalysatorer uppnå högre katalytisk aktivitet. Synergistiska effekter kan förbättra katalysatoraktiviteten och hämma upplösningen av aktiva komponenter. Till exempel är kombinationen av CoO, CuO eller NiO med oxider av Fe(III), Pt eller Ru en effektiv oxidationskatalysator.

(1) Katalysatorval

När du väljer en katalysator bör vanligtvis katalysatorer med följande egenskaper användas:

1. Snabb oxidationshastighet och bättre faskontakt, vilket påskyndar reaktionen;

2. Icke-selektiv, möjliggör fullständig oxidation;

3. Stabila fysikalisk-kemiska egenskaper i heta sura lösningar;

4. Hög aktivitet och lång livslängd vid höga temperaturer och okänslig för gifter;

5. Hög mekanisk hållfasthet och slitstyrka.

(2) Val av katalysatorstöd

Baserat på sammansättningen av katalysatorbärarpartiklarna kan den grovt delas in i tre typer: partikelformiga bärare, grovkorniga-underlag och substrat.

När du använder katalysatorer övervägs vanligtvis följande punkter:

1. Kemisk sammansättning och dispersion;

2. Ytfysikalisk-kemiska egenskaper-porositet, adsorption, elektrokemiska och mekaniska egenskaper;

3. Tjocklek och kvantitet av aktivt material som kan laddas;

4. Specifik styrka och stabilitet;

5. Kemisk stabilitet;

6. Nötningsbeständighet, hårdhet och tryckhållfasthet;

7. Deltagande i katalytiska reaktioner.

Förutom hög aktivitet och god selektivitet måste katalysatorer också ha god mekanisk hållfasthet och stabilitet, varvid stabilitet påverkar deras förmåga att bryta ned aktivitet.

Efter en tids användning kommer katalysatorer att uppleva deaktivering, främst på grund av förlust av katalysatormaterial och koksning.

Katalysatorförlust är en viktig orsak till deaktivering. Denna förlust påverkas främst av pH, vilket gör att de aktiva komponenterna löses upp. Experimentella studier har visat att avloppsvattnets pH har en betydande inverkan på oxidationen av organiskt material i vätskefasen.

Till exempel uppvisar heterogena ozonkatalysatorer låga reaktionshastigheter och höga deaktiveringshastigheter under sura betingelser. Katalysatorförlusten är minimal vid pH 7. När pH är högre än 7 men mindre än 9 sker ingen katalysatorförlust. Men när pH är högre än 10 förblir reaktionshastigheten låg. Därför kan justering av pH-värdet minska eller förhindra katalysatorförlust.

Katalysatorkoksning är en annan viktig orsak till deaktivering, även känd som deaktivering av katalysatornedsmutsning. Detta orsakas främst av avsättningen av kol, kväve och andra ämnen som produceras under reaktionen på katalysatorytan. Tekniska tillämpningar har verifierat att vissa heterogena katalysatorer uppvisar höga nedbrytningshastigheter inom en viss tidsram, följt av deaktivering. Energifotoelektrokemisk kromatografi (ESCA) analys av katalysatorytan avslöjar kolavsättning, vilket hindrar kontakten mellan reaktanter i vätskefasen och katalysatorytan, vilket leder till deaktivering.