多相催化过程

多相催化过程

多相催化发生在两相的界面上，通常催化剂为多孔材料，反应物为液体或气体。在筛选催化剂时，最好要去除内扩散限制。当存在内扩散限制时，内扩散步成为扩散、吸附、反应、脱附、扩散等步骤的速控步。催化剂评价得出的结果不能完全反应出催化剂的本征性质，由于反应物的有效扩散与催化剂颗粒孔结构关系更大，当催化剂颗粒大小及且其它评价条件也相同时，评价结果只能反映孔道结构与催化剂化学性质的总效果，而不是完全的本征性质。这对我们探讨多相催化剂的构效关系是不利的，有时甚至会产生误导，比如当内扩散限制存在时，过程对反应温度的敏感程度常远低于本征情况做评价没有必要做内外扩散试验，只有在做动力学时必须做内外扩散实验，以保证反应是表面反应控制。对于气-固相催化反应来说，包括七个步骤：（1）反应物分子由气流主体向催化剂外表面扩散；

（2）反应物分子由催化剂外表面向微孔内表面扩散；

（3）反应物分子在催化剂内表面上被吸附；

（4）吸附的反应物分子在催化剂内表面上发生化学反应，转化成产物；

（5）反应后的产物分子从催化剂内表面脱附下来；

（6）脱附下来的产物分子从微孔内向催化剂外表面扩散；

（7）产物分子从催化剂外表面向气流主体扩散。

对于这种串联发生的七个步骤来说，如果其中的某一步骤的速度与其他各步的速度相比要慢的多，以致整个反应的速度就取决于这一步骤，那么该步骤就成为控制步骤。对于气-固非均相催化反应来说其总过程的速度可能有以下三种情况：

（1）外扩散控制：如果气流主体与催化剂外表面间的传质速度相对于其他各步速度来说很慢，则外扩散速度就控制反应的总过程速度。若反应为外扩散控制，则若要提高总过程的速度的话，只有通过加快外扩散速度的措施才能奏效。例如增大外表面积或改善气体流动性质和加大气流速度。

（2）内扩散控制：如果微孔内的扩散速度相对于其他各步来说很慢，内扩散速度就控制了反应的总过程速度。

（3）反应控制（或动力学控制）：由于在气-固催化反应过程中

的吸附和脱附均伴有化学键的变化，属于化学反应过程。因此常把吸附、表面反应、脱附合在一起统称为化学反应过程。对于排除了内、外扩散控制的影响而得到的纯粹是化学反应过程的动力学方程式，称为本征动力学方程。在研究动力学时，必须设法消除内、外扩散的影响才能真正确定反应的本征动力学方程。