催化剂的失活与再生
化学反应的催化剂失活机制
化学反应的催化剂失活机制催化剂在化学反应中起到了至关重要的作用，能够降低反应活化能，并加速反应速率。
然而，催化剂在长时间的使用过程中，往往会逐渐失去催化活性，这被称为催化剂的失活。
催化剂失活机制的研究对于深入理解催化剂的性能以及提高催化剂的寿命至关重要。
本文将就化学反应中催化剂失活机制进行探讨。
一、物理失活机制物理失活是指催化剂的结构发生变化，导致其失去了催化能力。
具体而言，物理失活机制主要包括催化剂的烧结、结构塌陷和孔洞阻塞等现象。
1. 催化剂的烧结催化剂的烧结是指在高温条件下，催化剂表面的活性中心在相互作用的影响下发生重排，导致催化剂颗粒间的结合，从而导致表面积减小，活性中心减少。
这种失活机制在高温反应中常见，特别是对于金属催化剂而言。
2. 结构塌陷当催化剂的结构发生塌陷时，会导致活性位点的丧失，从而使催化剂的催化活性降低。
结构塌陷往往与反应条件有关，例如高温、高压等条件下，催化剂中的活性位点受到应力的影响而塌陷。
3. 孔洞阻塞催化剂表面的孔洞是催化剂活性的重要部分，而当催化剂中的孔洞被过多沉积物质或反应产物堵塞时，会限制反应物与活性位点的接触，从而降低催化剂的催化能力。
孔洞阻塞可能是由于反应物中的杂质或者反应产物的生成引起的。
二、化学失活机制化学失活是指催化剂发生了化学变化，导致其催化活性降低。
化学失活机制主要包括催化剂与反应物的氧化、硫化、碳积和毒物吸附等现象。
1. 氧化催化剂在高温、氧气存在下容易发生氧化反应，导致催化剂表面活性位点结构的变化，使其失去催化活性。
氧化反应可以发生在催化剂表面和催化剂内部。
2. 硫化硫化反应是指催化剂与硫化物接触后发生的反应。
硫化物是指硫化氢、二硫化碳等硫化物质。
硫化过程中，硫化物与催化剂表面的金属或者金属氧化物发生反应，形成硫化物的沉积物，从而导致催化剂的活性中心被覆盖或者破坏。
3. 碳积碳积是指催化剂表面发生了碳堆积的现象，可导致活性位点被覆盖。
碳积是由于反应物中的碳源在反应条件下发生聚集和沉积所致，尤其在石油加氢等反应中常见。
化学催化剂的失活与再生
化学催化剂的失活与再生化学催化剂在许多工业过程中发挥着重要的作用，它们能够加速化学反应、降低反应温度和减少能量消耗。
然而，随着时间的推移，催化剂可能会逐渐失去活性，降低其催化效果，从而导致生产效率下降。
因此，研究如何对失活的催化剂进行再生，成为了化学领域中的一个重要课题。
一、催化剂的失活原因与类型1. 外界因素导致的失活催化剂在工业过程中经常受到外界因素的影响，例如高温、氧化性环境、杂质等。
这些因素会引起催化剂表面的结构改变、活性位点的破坏或中毒，从而导致催化剂的失活。
外界因素使得催化剂失活的方法主要包括结构重构和位点修复等。
2. 中毒剂导致的失活许多催化剂在反应中容易被中毒剂污染，这些中毒剂可以是反应物本身、反应过程中生成的副产物，或者是来自催化剂载体的杂质等。
中毒剂的存在会抑制催化剂的活性位点，阻碍催化反应的进行。
因此，催化剂中毒的解决方法主要包括中毒物的去除和活性位点修复等。
二、催化剂的再生方法1. 物理再生方法物理再生方法主要采用物理手段对失活的催化剂进行处理，以恢复其催化活性。
其中的一个方法是煅烧，即将失活的催化剂放入高温炉中进行加热。
煅烧能够去除催化剂表面的积碳物质或挥发性杂质，从而恢复催化活性。
另一个物理再生方法是超声波清洗，通过超声波的作用，将附着在催化剂表面的污染物颗粒震掉。
超声波清洗简单且高效，可在不破坏催化剂的情况下去除污染物。
2. 化学再生方法化学再生方法主要利用化学反应使失活的催化剂得到再生。
催化剂在反应中被还原或氧化，以去除中毒物质或修复被破坏的活性位点。
举个例子，对于一些贵金属催化剂，如铂、钯等，可以通过浸渍法将音化物质重新沉积在催化剂表面，从而恢复其活性。
此外，酸碱洗涤、化学溶解和还原等方法也常用于修复失活催化剂。
三、催化剂失活与再生的案例研究1. 催化剂失活与再生的案例研究许多学者对催化剂失活与再生进行了深入研究，旨在寻找更有效的再生方法。
例如，研究人员发现，当镍基催化剂在CO2氛围中失活时，可以通过还原和氧化处理来修复催化剂，使其再次活化。
催化剂的失活与再生
5、选择性中毒
选择性中毒：利用毒物分子对某些活性部位的选择性吸 附来抑制或中毒不希望的催化活性，提高催化选择性。 例子1：Pt-Re/Al2O3重整催化剂，利用少量硫化剂对氢解 活性中心的选择性中毒（预硫化）提高芳构化选择性。 例子2：FCC汽油选择性加氢脱硫的催化剂，利用碱性物 质或结焦对强加氢活性中心的选择性中毒，提高加氢脱 硫选择性。 例子3：正己烷异构化的Ni/八面沸石催化剂，利用少量 H2S对氢解活性中心的选择性中毒抑制裂解反应，提高异 构化选择性。
烧结对催化活性的影响
正庚烷重整反应的选择性随Pt晶粒增大的变化 （780C) Pt表面积 微晶直径， nm m2/g 233 202 72 32 15 1.0 1.2 3.3 7.3 15.8 产率，%
异构化 9.0 10.6 14.2 21.7 24.3
脱氢环化 37.4 32.8 26.6 21.6 17.7
碳物种吸附
分解，聚合
碳物质沉积
活性组分被覆盖 孔被堵塞 催化活性降低
一、结焦
1、酸结焦：
烃类原料在固体酸催化剂上或固体催化剂 的酸性部位上通过酸催化聚合反应生成碳 质物质。 C H (CH )
n m x y
2、脱氢结焦： 烃类原料在金属和金属氧化物的脱氢部 位上分解生成碳或含碳原子团。
Cn Hm yC 3、离解结焦： 一氧化碳或二氧化碳在催化剂的解离部 位上解离生成碳。
相转变：如活性载体-Al2O3和-Al2O3
转变成低活性的-Al2O3。
相分离：如Ni-Cu合金表面Cu的富集。
七、活性组份被包埋
金属晶粒“陷入”氧化物载体中。
八、活性组份挥发
反应气氛与活性组分生成挥发性物质或可升华 的物质。 如: CO与金属生成羰基化合物；
燃煤烟气脱硝失活催化剂再生及处理方法
燃煤烟气脱硝失活催化剂再生及处理方法
燃煤烟气脱硝失活催化剂的再生及处理方法主要包括以下步骤：
1. 催化剂的再生：催化剂的再生主要包括物理再生和化学再生两种方法。
物理再生主要是通过清洗、打磨等方式去除催化剂表面的积灰和杂质，恢复催化剂的活性。
化学再生则是通过特定的化学反应，使催化剂表面形成新的活性物质，从而恢复催化剂的脱硝性能。
2. 催化剂的处理：对于无法再生的催化剂，可以通过焚烧、掩埋等方式进行处理。
其中，焚烧是一种较为常见的处理方式，可以将催化剂中的有害物质在高温下氧化分解，生成无害的物质。
同时，对于催化剂中含有的有价金属，可以进行回收利用。
需要注意的是，燃煤烟气脱硝失活催化剂的再生及处理是一项技术性较强的工作，需要由专业的技术人员进行操作。
同时，在再生及处理过程中，需要严格遵守相关的环保法规和标准，确保处理后的污染物能够达到排放要求。
工业催化失活与再生PPT课件
05
结论
对工业催化失活与再生的总结
工业催化在化学工业中具有重要作用，但失活是 长期存在的问题，再生是解决失活的有效方法。
再生技术包括物理再生和化学再生，物理再生包 括加热、超声波、微波等，化学再生包括氧化、 还原、酸碱处理等。
工业催化的失活主要原因是催化剂活性组分烧结 、流失、中毒和热稳定性差。再生技术可以有效 恢复催化剂的活性，延长催化剂使用寿命，降低 生产成本。
再生技术在实际应用中取得了一定的效果，但仍 存在一些问题，如再生效率不高、对环境有污染 等，需要进一步研究和改进。
对未来工业催化发展的展望
随着环保意识的提高和能源消耗的增 加，工业催化将面临更大的挑战和机 遇。
新型工业催化材料的研发和应用将为 解决工业催化失活问题提供新的思路 和方法。
未来工业催化的发展方向包括开发高 效、环保、低成本的催化剂和再生技 术，以及拓展工业催化的应用领域。
热失活是由于高温下催化剂的热稳定性差导致活性降低。
工业催化再生技术原理
针对不同的失活原因，工业催化再生技术采用不同的物理或化学手段，如氧化再生、还 原再生、水热再生等。这些技术通过清除积碳、解除中毒、改善烧结和热稳定性等手段，
使催化剂恢复活性。
工业催化再生技术的应用与实例
应用领域
工业催化再生技术广泛应用于石油、化工、制药等领域。在这些领域中，催化剂 的失活问题普遍存在，工业催化再生技术的应用可以大大提高生产效率和经济效 益。
增加生产成本
需要频繁更换催化剂或增加再生次数，增加 了维护和运营成本。
产品质量问题
催化失活可能影响产品质量，导致产品纯度 下降或产生副产物。
安全风险
催化失活可能导致反应失控或产生有害物质， 增加安全风险。
催化反应中的常见问题及解决方案
催化反应中的常见问题及解决方案催化反应是一种通过催化剂加速化学反应的方法，广泛应用于工业生产、能源转化和环境保护等领域。
然而，在实际应用中，常常会遇到一些问题，例如催化剂失活、选择性降低和副反应增加等。
本文将探讨一些常见的问题，并提供相应的解决方案。
问题一：催化剂失活催化剂失活是指催化剂在长时间的使用过程中失去活性。
这种现象常见于高温、高压和毒性物质存在的反应条件下。
失活的原因包括积碳、金属析出和中毒等。
解决这个问题的方法之一是使用再生技术。
例如，通过在高温和氢气的条件下进行热还原，可以清除催化剂表面的积碳物质。
此外，合理的催化剂设计和添加适量的助剂也可以延缓催化剂失活的速度。
问题二：选择性降低在某些催化反应中，选择性是至关重要的，因为它决定了所得产品的纯度和质量。
然而，实际反应往往会出现选择性降低的问题，导致产物含有不需要的副产物。
为解决这个问题，我们可以研究反应机理，并优化反应条件。
另外，改变催化剂的形貌、尺寸和活性位点也可以提高选择性。
此外，引入辅助反应或调整反应条件的pH值、温度和压力等因素，也有助于加强选择性。
问题三：副反应增加副反应是指在催化反应中与目标反应同时进行且不被需要的反应。
它们常常会降低产物的产率和质量。
解决副反应的方法之一是重新设计催化剂，通过调整其化学性质和活性中心，使其更加特异性。
此外，使用选择性抑制剂可以有效抑制副反应的发生。
另外，改变反应条件，例如降低反应温度、调整底物浓度和改变萃取剂等，也能减少副反应的发生。
问题四：催化剂寿命短催化剂寿命短的原因多种多样，包括催化剂的活性降低、失活和损失等。
为了延长催化剂的寿命，我们可以通过提高催化剂的稳定性和活性来降低其失活速率。
此外，定期的催化剂再生和更新也是延长催化剂寿命的有效手段。
另外，使用所需物质时要注意其纯度，以避免催化剂受到污染而失活。
问题五：催化反应规模化从实验室规模到工业生产规模的催化反应是一项具有挑战性的任务。
化学催化剂的再生方法
化学催化剂的再生方法化学催化剂在不同工业领域中广泛应用，但随着使用时间的增长，催化剂会失去活性，需要进行再生以提高其使用寿命和效率。
本文将介绍几种常见的化学催化剂再生方法。
一、热解再生法热解再生法是通过高温处理催化剂来去除吸附在活性位点上的杂质或产物，从而恢复其催化活性。
该方法适用于某些有机物催化反应中的催化剂。
首先，将失活的催化剂放入高温炉中，在恒定的温度下进行热解处理。
热解过程中，吸附在活性位点上的有机物或其它杂质会被破坏和挥发掉，从而实现催化剂的再生。
然后，将热解后的催化剂进行冷却，并检测其催化活性是否恢复。
二、溶剂处理再生法溶剂处理再生法主要适用于某些不可熔化的固体催化剂，可以通过溶剂的溶解作用来去除附着在表面上的杂质。
首先，在适当的有机溶剂中浸泡失活的催化剂，通过溶解作用去除催化剂表面的有机物或其它杂质。
然后，将催化剂取出，用纯溶剂进行冲洗和去除残留的有机物。
最后，将清洗后的催化剂进行干燥，并测试其催化活性是否恢复。
三、化学处理再生法化学处理再生法是利用化学方法来修复失活的催化剂。
这种方法通常使用特定的化学药剂来处理催化剂，以去除或转化附着在活性位点上的有机物、金属杂质或无机盐等。
方法的选择将根据具体的催化剂种类和失活原因而定。
催化剂经过化学处理后，需要进行彻底的洗涤和干燥步骤，以确保催化剂表面没有残留的药剂或杂质。
最后，对处理后的催化剂进行催化活性评价。
四、机械处理再生法机械处理再生法是通过物理或机械方法来去除附着在催化剂表面的杂质。
这种方法适用于某些固体催化剂，如催化剂颗粒表面的积聚或结垢现象。
常见的机械处理方法包括超声波清洗、磁力搅拌清洗等。
超声波清洗通过超声波的震荡作用来破碎和去除附着物，磁力搅拌清洗则利用磁力场的搅拌作用来分散和去除积聚物。
机械处理再生法通常用于轻微失活的催化剂，其效果也会受到具体情况的影响。
五、替代再生法某些情况下，无法通过再生方法恢复催化剂的活性或效果不佳，此时可以考虑替代再生法。
催化剂失活(加氢)
催化剂失活：催化剂的失活，可以归纳为两种情况。
一种是暂时性失活，它可以通过再生的方法恢复其活性；另一种是永久性失活，就无法恢复其活性。
加氢精制催化剂在运转过程中产生的积炭，又称结焦，是催化剂暂时失活的重要原因。
在加氢精制过程中，由于反应温度较高，也伴随着某些聚合，缩合等副反应，随着运转时间的延长，由于副反应而形成的积炭，逐渐沉积在催化剂上，覆盖了催化剂的活性中心，从而促使催化剂的活性不断的衰退。
一般讲，催化剂上积炭达到10—15％时，就需要再生。
金属元素沉积在催化剂上，是促使催化剂永久失活的原因。
常见的金属有镍钒、砷、铁、铜、锌等，由于金属的沉积，堵塞了催化剂的微孔，使催化剂活性丧失。
加氢催化剂：英文名称：hydrogenation catalysts说明:用于产品的生产和原料净化、产物精制。
常用的有第Ⅷ族过渡金属元素的金属催化剂，如铂、钯、镍载体催化剂及骨架镍等，用于炔、双烯烃选择加氢，油脂加氢等；金属氧化物催化剂，如氧化铜-亚铬酸铜、氧化铝-氧化锌-氧化铬催化剂等，用于醛、酮、酯、酸及CO等的加氢；金属硫化物催化剂，如镍-钼硫化物等，用于石油炼制中的加氢精制等；络合催化剂，如RhCl[P(C6H5)3]，用于均相液相加氢。
催化加氢：在Pt、Pd、Ni等催化剂存在下，烯烃和炔烃与氢进行加成反应，生成相应的烷烃，并放出热量，称为氢化热(heat of hydrogenation，1mol不饱和烃氢化时放出热量)。
催化加氢的机理(改变反应途径，降低活化能)：吸附在催化剂上的氢分子生成活泼的氢原子与被催化剂削弱了键的烯、炔加成。
二,NaBH4 硼氢化钠是一种良好的还原剂，它的特点是性能稳定，还原时有选择性。
可用作醛类，酮类和酰氯类的还原剂，塑料的发泡剂，制造双氢链霉素的氢化剂，制造硼氢化钾的中间体，合成硼烷的原料，以及用于造纸工业和含汞污水的处理剂。
LiALH4 "万能还原剂" 几乎所有能还原的东西都能还原。
化学催化剂的失活机理与再生技术
化学催化剂的失活机理与再生技术催化剂是化学反应中起到促进作用的物质，但随着反应进行，催化剂往往会逐渐失活，降低其催化活性。
因此，研究催化剂的失活机理并发展相应的再生技术对于提高催化剂的使用寿命和效率具有重要意义。
一、催化剂的失活机理催化剂失活主要可分为物理失活和化学失活两类。
物理失活主要是由于表面积的降低、催化剂结构的破坏或积碳等原因导致催化剂活性降低。
化学失活则是由于催化剂表面出现剧烈的吸附反应、活性位点的毒化或物质的堵塞等原因造成的。
1. 物理失活物理失活主要是由于催化剂表面积的降低引起的。
随着反应的进行，催化剂表面会逐渐出现各种碳氢化合物和氧化物的沉积，形成固体残渣。
这些残渣会堵塞催化剂的活性位点，导致催化剂表面积减少，从而减少了催化剂与反应物接触的机会，催化活性降低。
2. 化学失活化学失活主要是由于催化剂表面出现吸附反应、毒化和堵塞等现象造成的。
吸附反应是指反应物物质在催化剂表面被吸附并发生反应，从而引起催化剂活性位点的失活。
毒化是指反应物中的某些成分吸附在催化剂表面，阻碍其他反应物与催化剂表面接触和反应。
堵塞是指反应物在催化剂表面形成不溶性沉淀或凝胶，堵塞了催化剂的活性位点。
二、催化剂的再生技术为了延长催化剂的使用寿命，科学家们开展了大量的研究，发展了多种催化剂的再生技术。
以下列举几种常见的再生技术。
1. 热处理再生热处理是最常见也最简单的催化剂再生技术之一。
通过加热催化剂，可以使附着在催化剂表面的沉积物燃烧或脱附，从而恢复催化剂的活性。
热处理再生技术具有操作简便、成本低廉等优点，但对于某些催化剂来说，高温处理可能会导致结构破坏，降低催化剂的性能。
2. 溶液再生溶液再生主要是将失活的催化剂浸泡在特定的溶液中，通过与溶液中的化学物质反应，去除催化剂表面的沉积物或恢复被堵塞的活性位点。
这种方法操作简便，适用于一些对温度敏感的催化剂。
3. 气体再生气体再生是利用气体流动对催化剂进行再生的方法。
催化剂再生反应及其影响因素
催化剂再生反应及其影响因素
催化剂再生反应是指恢复催化剂活性的过程，一般是通过将失活的催化剂暴露在适当的条件下，使其重新获得催化活性。
催化剂再生的影响因素主要包括以下几个方面：
1. 活性中心的失活程度：催化剂再生的效果与活性中心的失活程度有关。
如果活性中心完全失活，再生的效果可能会很差；而如果只有部分活性中心失活，再生的效果会好一些。
2. 再生条件：再生催化剂时，所选择的再生条件也会对再生效果产生影响。
例如，再生温度、再生气氛、再生时间等。
3. 催化剂的性质：催化剂的物理化学性质也会对再生效果产生影响。
例如，催化剂的结构、表面活性、孔隙结构等。
4. 催化剂的失活原因：催化剂失活的原因有很多种，包括积碳、活性位点中毒、中间物吸附、物理结构破坏等。
不同的失活原因对再生效果会有不同的影响。
总的来说，催化剂再生的效果取决于多个因素的综合作用，需要综合考虑再生条件和催化剂本身的性质以及失活原因等因素，选择合适的再生方法和条件来进行再生。
烟酰胺合成中的催化剂失活与再生
烟酰胺合成中的催化剂失活与再生烟酰胺合成作为一种重要的有机合成反应，在化学工业中得到广泛应用。
这个反应中，催化剂的活性和稳定性对反应效果至关重要。
然而，催化剂的失活是一个常见的问题，它会降低反应的效率和产量。
因此，研究催化剂的失活机制和再生方法对于提高烟酰胺合成的效率至关重要。
一、催化剂失活机制催化剂失活的机制多种多样，常见的失活方式包括催化剂表面积降低、活性物种结构改变以及中毒等。
这些失活机制通常与催化剂的物理性质、催化反应的条件和催化物种有关。
催化剂表面积降低是失活的一个重要原因。
在催化反应过程中，催化剂表面可能会被沉积物、氧化物或者过多的中间体所覆盖，导致有效催化活性降低。
此外，催化剂的活性物种结构改变也会导致失活。
在反应中，一些活性物种可能会被还原或氧化，从而改变其催化性能。
另外，一些有毒物质的存在也会引起催化剂的失活。
二、催化剂失活的影响催化剂失活会对烟酰胺合成反应的效率和产量产生负面影响。
首先，催化剂失活会导致反应速度的下降，延长反应时间。
其次，催化剂失活还会降低反应的选择性，产生杂质物质，影响产品的纯度和质量。
此外，催化剂失活还会增加生产成本，因为需要更频繁地更换催化剂或者进行催化剂的再生。
三、催化剂再生方法为了提高烟酰胺合成反应的效率，研究催化剂的再生方法变得尤为重要。
催化剂的再生方法通常包括物理方法和化学方法。
物理方法主要通过热处理或物理清洗来去除催化剂表面的覆盖物。
热处理可以通过高温或气氛控制来实现。
高温可以分解覆盖在催化剂表面的有机物质，恢复催化剂的活性。
气氛控制可以通过在特定气氛下处理催化剂，从而去除表面层的污染物。
物理清洗则可以借助溶剂、超声波或气体等手段来清洗催化剂表面的污染物。
化学方法主要通过在催化剂失活的过程中加入草酸、氧化剂或还原剂等物质，恢复催化剂的活性。
草酸可以与中毒物质发生化学反应，分解并去除对催化剂的抑制作用。
氧化剂可以将还原的活性物种氧化，恢复其催化活性。
化学技术中的催化剂失活与再生
化学技术中的催化剂失活与再生催化剂是化学反应中常用的一种物质，它能够提高反应速率，降低反应所需的能量。
然而，在长时间的使用过程中，催化剂会因各种原因而失活，使其催化性能下降甚至完全失效。
催化剂的失活是一个复杂的过程，涉及多种因素，如中毒、积炭、结构损坏等。
为了提高催化剂的稳定性和效率，科学家们也在积极探索催化剂再生的方法。
催化剂失活的原因可以分为两类：可逆性失活和不可逆性失活。
可逆性失活是指催化剂失去活性后，经一定条件处理后可以恢复活性。
这种失活常见的原因有中毒和积炭。
中毒是指溶液中的杂质与催化剂发生反应，生成一种中间体，阻碍了催化剂对反应物的吸附和反应。
积炭是指催化剂表面随着反应过程的进行，产生碳纳米管或聚芳烃等碳质沉积物，导致催化剂失去活性。
对于可逆性失活，常见的再生方法包括热处理和酸洗。
热处理是通过加热催化剂，使积炭在高温下分解或燃烧掉，从而恢复催化剂的活性。
酸洗是将失活的催化剂浸泡在酸性溶液中，通过溶解或脱附中毒物质，从而恢复催化剂的活性。
而不可逆性失活是指催化剂失去活性后，无法通过简单的处理方法恢复活性。
这种失活主要涉及催化剂的物理和化学结构损坏。
物理结构损坏是指催化剂的多孔结构发生变化，导致反应物无法进入催化剂内部而失去活性。
化学结构损坏是指催化剂表面的活性位点发生变化或失活，无法继续催化反应。
对于不可逆性失活，再生的方法比较困难。
科学家们正在研究使用新材料和新技术来解决这个问题。
例如，一种常见的方法是采用催化剂的合成和调控，在催化剂的结构上引入一些稳定性较高的材料或结构，从而提高催化剂的抗失活能力。
此外，还有一种方法是采用物理技术，例如离子束刻蚀和合金化等，来修饰催化剂的表面结构，增强其稳定性。
催化剂的失活和再生不仅在工业生产中具有重要意义，也对环境保护和资源利用具有重要影响。
合理利用和再生催化剂，不仅可以降低生产成本，提高效率，还可以减少催化剂的废弃物和环境污染。
因此，在催化剂的研究和应用中，加强对失活机理和再生技术的研究是非常重要的。
化学反应中的催化剂失活与再生
化学反应中的催化剂失活与再生催化剂在化学反应中起着重要作用，可以加速反应速率、提高产率和选择性，同时降低反应温度和压力。
然而，在长时间的运用过程中，催化剂有可能会经历失活的过程，降低催化活性。
催化剂失活对于工业催化反应的稳定运行产生负面影响，因此，研究催化剂失活和再生机制，以及相应的解决方案，具有重要意义。
一、催化剂失活类型及原因催化剂失活通常可分为物理失活和化学失活两大类型。
物理失活主要是因为表面物种覆盖、积聚和析出等导致活性金属受到限制，从而降低催化活性。
化学失活则是由于活性金属与其他物质发生反应，形成稳定的化合物或表面物种，使活性金属无法参与反应。
1.1 表面物种积聚和覆盖催化剂失活中常见的问题之一是活性金属表面被吸附物（如碳、硫、氮等）覆盖，限制了反应物分子与活性金属的接触。
例如，在有机反应中，碳积聚物会逐渐形成，阻碍金属表面上的活性位点，导致催化剂失活。
1.2 活性金属的溶解和析出在一些催化反应中，活性金属会发生溶解和析出的过程，这种现象被称为活性金属的溶剂或脱落。
活性金属的溶解会导致催化剂失活，因为活性位点消失，反应无法在溶液中进行。
1.3 物种间的竞争吸附和反应在复杂的反应体系中，催化剂表面上的不同物种可能存在竞争吸附和反应的情况。
一些物种可能具有较强的吸附能力，从而占据活性位点，阻碍其他反应物的吸附和反应。
二、催化剂失活机制的研究为了理解催化剂失活的机制，科学家们进行了大量的研究，并提出了一些重要的理论和模型。
这些模型的应用使得我们能够更好地理解催化剂失活的原因，为催化剂的再生提供了理论指导。
2.1 活性金属表面特征的研究活性金属表面的形貌和微观结构对催化剂活性具有重要影响，并直接关系到催化剂失活的发生。
通过使用表面科学技术，如透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM），科学家们可以观察到活性金属表面的形貌和微观结构的变化，进一步理解催化剂失活的机制。
2.2 反应物与催化剂相互作用的研究反应物与催化剂之间的相互作用对于催化剂的活性和稳定性至关重要。
第次课催化剂的失活再生与寿命评价
②用单点排列法作反应物守恒方程的数值解：Ф<5-6
。
③用五点排列法作反应物守恒方程的数值解：Ф<24。
25
第二十五页，编辑于星期五：十九点 三十六分。
6.6 工业催化剂寿命的实验室规模考查方法
评价工业催化剂的寿命是很不易得，往往需要很长时间。从 制造者的观点来砍，可能要考虑两种情况：
a）正在开发用于新工艺过程的催化剂。 在这种情形中，实际催化剂的寿命必须通过中试装
中毒程度的定性关系
3
第三页，编辑于星期五：十九点 三十六分。
一个选择性中毒的例图
Herrington 和Rideal的采用的模型是在一种FCC金属的（111
）面上的简单零级加氢作用，但具有条件，即反应物或毒物 的吸附可能需要若干个表面位置。
4
第四页，编辑于位置（P=1），而每个反 应物分子所需吸附位置的 数目可能是一个，或多个 （r=1,2,7），那么就得到 右图所示的中毒曲线。
6.4 载体上的金属催化剂的烧结
负载型催化剂上金属烧结
针对负载型催化剂而言，“烧结”就是活性组分金属 因熔结，而丧失具有催化活性的金属位置；
烧结的对立面是：通过降低金属颗粒的大小而增加具
有催化活性的金属位置数目，称为“再分散”；
6.4.1 用于烧结研究的催化剂表征方法
化学吸附测量金属分散度
透射电子显微镜测金属颗粒大小
随着硅铝比降低，催 化剂表面酸性分布均 匀，强酸性位减少；
强酸位对裂解反应有
效，NH3也优先吸附
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第八页，编辑于星期五：十九点 三十六分。
6.2.3 金属的硫中毒
➢ 金属的硫中毒，通常是完全不可逆的，并且包含电子因素； ➢ 硫对金属单晶和载体上的金属的影响有着本质的差别。
玻璃熔窑SCR催化剂失活机理及再生技术
0 引 言NO x是造成大气污染的主要污染源之一，也是我国在“十三五”期间需要大力降低其排放量的主要污染物之一[1，2]。
污染大气的氮氧化物主要是NO和NO2。
NO x的排放会在大气中发生一系列化学反应形成酸雨或酸雾、与碳氢化合物形成光化学烟雾等污染。
因此控制工业窑炉NO x的排放对我国环境保护至关重要。
在控制NO x排放的技术中，选择性催化还原（selective catalytic reduction，SCR）脱硝技术被广泛认为是控制工业窑炉尾气中NO x排放最成熟有效的技术[3]。
该方法是在一定温度和催化剂作用下，利用还原剂（如NH3）将NO x还原为氮气和水的方法[4]。
通常失活且未被再生利用的SCR催化剂将直接废弃，造成资金的浪费和重金属二次污染等问题[5]。
因此，对失活的SCR催化剂进行失活机理和再生的研究具有重要的环保效益。
目前SCR催化剂的再生方法主要有水洗再生、热再生、热还原再生、酸液处理、碱液处理和SO2酸化热再生等[6]。
催化剂失活机理也比较复杂，对于不同原因失活的SCR催化剂，应该采用不同的方法对催化剂进行再生。
由于我国对催化剂的再生研究大都是针对燃煤电厂，很少有见对玻璃熔窑SCR催化剂的再生研究。
因此根据浮法玻璃熔窑烟气脱硝实际情况，进行浮法玻璃熔窑SCR催化剂失活原因及再生技术的研发具有非常重要的意义。
首先对在国内某玻璃厂运行了20000h的SCR催化剂进行了活性评价，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）、表征了催化剂再生前后表面物理化学性质的变化，探讨催化剂失活的主要原因。
研究了三种不同再生方法对失活催化剂再生效果的影响。
1 实验1.1 材料与试剂国内某浮法玻璃厂提供的运行了20000h的失活 蜂窝状SCR催化剂（简称DSCR）；玻璃熔窑燃烧燃料为重油；新鲜催化剂主要成分为TiO2基复合金属氧化物；失活催化剂整体尺寸为250mm×250mm，孔宽6mm，内壁厚1.2mm。
重整催化剂的失活与再生
2、催化剂的运转周期是由酸功能控制。 3、催化剂运转过程中，酸性活性的活性中心的积炭量， 在相同的运转时间内比等铼铂比催化剂都要 低。
5、非正常积炭失活的原因是金属活性中心的 积炭不能及时的转移到载体上。
（四）积炭催化剂的烧炭再生
分温度阶段进行，主要是400℃和440℃ 两阶段。
现原料N+A=45%（m），FBP 175 ℃， 氢油比降为6.0，操作压力降到1.3MPa，要 求生产汽油RONC 95。相同运转时间积炭量 的变化如何。
低温预烧炭温度段：250~370℃ 高温烧炭段：480~500℃
（五）催化剂的氯化与更新
1、催化剂烧炭再生失氯 高温、高水分的再生环境，使氯大量流失。 2、催化剂氯化 使氯含量恢复正常，使铂的晶粒充分的再分散。 3、催化剂更新 更新氧化铂表面，阻滞铂晶粒的聚积。
例如：原来生产汽油RONC 93，原料 N+A=40%（m），终馏点180℃，操作压力 1.5MPa,氢油比6.5。
重超标或催化剂上沉积的重金属、碱金属、 砷超过允许范围，催化剂就会失活。
（二）影响催化剂积炭的因素
1、辛烷值（RONC）相对积炭因素 lgRCF=0.101427RONC-10.1427
2、原料组成N+A相对积炭因素 lgRCF=0.4504-0.01104（N+A）
3、操作压力（P）相对积炭因素 lgRCF=0.3264-0.3782P
重整催化剂的失活与再生
（一）催化剂失活
1、积炭失活 正常积炭失活 非正常积炭失活 焦炭小部分积在金属活性中心上，大部
分积在载体的酸功能中心上。 随着积炭量的增加，催化剂活性减退，
采取提温来弥补减退的活性，提温更促进了 生焦。
催化剂的还原方法与失活原因分析
催化剂的还原方法与失活原因分析催化剂作为化学反应的利用还原或氧化过程提高反应速率的剂量，在各个领域具有广泛应用。
然而，随着时间的推移，催化剂会失去活性，降低催化性能。
因此，了解催化剂的还原方法以及失活原因分析对于优化催化剂的性能至关重要。
一、催化剂的还原方法催化剂的还原是通过将催化剂中的阳离子还原为相应的金属或过渡金属氧化物来实现的。
常见的还原方法包括化学还原和物理还原两种。
1. 化学还原化学还原是指通过将催化剂置于还原性气氛中，使用还原剂使其发生还原反应。
还原剂可以是氢气、氢气与氮气的混合气体，或者其他还原性较强的化合物。
在化学还原过程中，还原剂与反应物接触，催化剂中的阳离子被还原为金属离子，从而提高催化剂的反应活性。
2. 物理还原物理还原是指通过改变催化剂的环境条件，使其恢复到原始的金属或过渡金属氧化物。
常见的物理还原方法包括高温煅烧和氧化还原酶。
高温煅烧是一种常见的物理还原方法。
通过将催化剂加热至较高温度，在高温下将催化剂中的氧化物还原为金属。
这样可以使催化剂中的金属活性位点得以恢复，提高催化剂的反应活性。
氧化还原酶是一种专门用于催化剂还原的物质。
它在催化剂表面与氧化物发生反应，将氧化物转化为还原物。
氧化还原酶可以作为一种有效的物理还原方法，用于修复失活的催化剂。
二、催化剂的失活原因分析催化剂失活是指催化剂降低或完全丧失催化活性的过程。
催化剂失活的原因多种多样，主要可分为物理失活、化学失活和结构失活三类。
1. 物理失活物理失活是指由于催化剂受到机械损伤、烧结和积聚物覆盖等原因而导致催化剂失活。
例如，催化剂在使用中可能会发生颗粒之间的堆积，导致部分活性位点被堵塞而失去催化活性。
2. 化学失活化学失活是指催化剂在反应过程中，与反应物或反应产物发生不可逆的化学反应，导致催化剂失去活性。
例如，催化剂在某些反应中可能会与反应物发生溶解、腐蚀或毒化等反应而失去催化活性。
3. 结构失活结构失活是指催化剂在反应过程中由于结构改变而导致催化剂失去活性。
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如：石油中的碱性含氮化合物
类型 碱性的 化合物 吡啶（pyridines) ；喹啉（quinolines) 胺（amines) ；吲哚满（indolines) 六氢咔唑（hexahydrocarbazoles)
非碱性的
吡咯（pyrroles) ；吲哚（indoles) 咔唑（carbazoles)
碱性含氮化合物的中毒：可通过烧焦再生。 碱金属和碱土金属氧化物、氢氧化物也是毒物！
2CO CO2 C + CO2 C + O2
一、结焦
再生办法：烧碳再生（空气＋水汽）
C + O2 C + H2O C + CO2 CO2 CO2 + H2 2CO
再生中注意事项： 再生温度与时间调整好，防止催化剂烧结 再生周期随结焦积累速度而异
催化剂：催化裂化，催化重整，加氢处理？
二、金属污染
相转变：如活性载体-Al2O3和-Al2O3
转变成低活性的-Al2O3。
相分离：如Ni-Cu合金表面Cu的富集。
七、活性组份被包埋
金属晶粒“陷入”氧化物载体中。
八、活性组份挥发
反应气氛与活性组分生成挥发性物质或可升华 的物质。 如: CO与金属生成羰基化合物；
卤素与金属生成卤化物。
九、颗粒破碎
5、选择性中毒
注意：中毒深度的控制！
H2S对Ni催化剂的选择性中毒
四、烧结
烧结（sintering)：粉状或粒状物料加热至一定温度 范围时固结的过程。 催化剂的烧结：在使用过程中，微晶尺寸逐渐增大 或原生颗粒长大的现象。
烧结对催化活性的影响 ：
微晶长大，孔减少，孔径分布发生变化，表面积 减少，活性位数减少，催化剂活性下降。
机械的 颗粒破碎 结污
催化剂床层沟流，堵塞 表面积减少
6.4.1 催化剂的失活
1、结焦 2、金属污染 3、毒物吸附 4、烧结 5、生成化合物 6、相转变和相分离 7、活性组分被包围 8、组分挥发 9、颗粒破裂 10、结污
一、结焦
结焦（Coking)：或称积碳，是指催化剂表面上生成 含碳沉积物的过程。
引
言
催化剂的失活？ 在催化剂使用过程中反应活性（转化率）随运转 时间而下降的现象称为催化剂失活（ deactivation) 或 衰变（decay)。 失活原因?
催化剂失活的原因
类型 原因 化学的 结焦 金属污染 毒物吸附 热的 烧结 非活性化合物的生成 相转变和相分离 活性组分的包埋 活性组分的挥发 结果 表面积减少，堵塞 表面积减少和催化活性降低 活性位减少 表面积减少 活性组分丧失和表面积减少 催化剂组成改变，表面积减少 活性位减少 活性组分减少
H H NH H
无孤对电子（无毒）
说明：当有孤对电子时呈 毒性 ，没有孤对电 子时，无毒
防治办法：选择适当物 质将毒物转化为不带孤 对电子的无毒物质。
金属催化剂的三类毒物
2）金属离子：具有已占用 的d轨道，并且d轨道上有 与金属催化剂的空轨键合 的电子（不可逆）。 例如：对Pt催化剂 金属离子没有d轨 无毒 d轨全空 d轨半充满以前 有毒：金属离子的d轨从半 充满到全充满 防治办法：进入反应工段之 前除去毒物。
例如：合成氨反应中，H2S会使Fe催化剂不可逆中毒
H 2 S Fe FeS
三、中毒
1、金属催化剂的中毒
金属催化剂的三类毒物：
1）第VA族和VIA族元素具有孤对电子的非金属化合 物，如N、P、As、Sb和O、S、Se、Te的化合物
例如：N元素，NH3
H H N H
..
有孤对电子（毒性）
NH4+
金属污染的来源：原油或煤直接液化的液体中的金 属化合物，金属卟啉（porphyrins)络合物或非卟啉 化合物，主要是V、Ni、Fe、Cu、Ca、Mg、Na、K 等，含量ppm数量级。 危害：1）分解成高度分散的金属并沉积在催化剂表 面，封闭表面部位和孔，使其活性下降； 2）金属杂质自身具有一些催化活性，可能导 致副反应的发生。 解决方法： 化学法或吸附法除去原料中的卟啉 加入添加剂（锑的化合物），与金属杂质形成合金， 使之钝化
烧结对催化活性的影响
正庚烷重整反应的选择性随Pt晶粒增大的变化 （780C) Pt表面积 微晶直径， nm m2/g 233 202 72 32 15 1.0 1.2 3.3 7.3 15.8 产率，%
异构化 9.0 10.6 14.2 21.7 24.3
脱氢环化 37.4 32.8 26.6 21.6 17.7
Li , Be 2 没有d轨 无毒（对Pt催化剂） Na , Mg 2 , Al 3 K , Ca 2 3d 0 4s 0 Rb , Sr 2 , Zr 4 4d 0 5s 0 Cs , Ba 2 , La 3 , Ce3 5d 0 6s 0 Th 4 6s 0 7 s 0 Cu 2 3d 9 4 s 0 有毒 Cu , Zn 2 3d 10 4s 0 Ag , Cd 2 , In3 4d 10 5s 0 Sn 2 4d 10 5s 2 Au , Hg 2 5d 10 6s 0 Hg 5d 10 6s1 Tl , Pb 2 , Bi 3 5d 10 6s 2 Cr 3 3d 3 4s 0 无毒 Cr 2 3d 4 4s 0 Mn 2 3d 5 4 s 0 有毒 Fe 2 3d 6 4s 0 Co 2 3d 7 4 s 0 Ni 2 3d 8 4s 0
毒性系数 10－5 3.4 6.4 14.8 16.7
相对毒性 1 1.9 4.4 4.9
说明：分子量越大，分子体积越大，覆盖的面积越大，毒性越大。
4、毒物的结构和性质对其毒性的影响
含1个或2个硫终端硫原子的链状烃在催化剂 表面的吸附
例如：丙二硫醇（HSCH2CH2CH2SH）的毒性比丙硫醇 （HSCH2CH2CH3）毒性低的多 二乙基二硫化物（C2H5-S-S-C2H5）与二乙基硫醚 （C2H5-S-C2H5）毒性相差不多
4、毒物的结构和性质对其毒性的影响
毒性影响因素：
（1）毒物分子覆盖的活性位数目－覆盖因子；与毒物分子的 性质、结构和有效体积大小有关。 （2）毒物分子在表面的平均停留时间－吸附寿命因子；取决 于毒性元素的性质和分子结构。 几种硫化物对铂催化剂的毒性系数
硫化物 硫化氢 二硫化碳 噻吩 半胱氨酸
分子质量 34 76 84 121
{
金属催化剂的三类毒物
3）不饱和化合物：分子中的不饱和键能提供电子与金 属催化剂的d轨成键（可逆）。
一些不饱和化合物对金属的中毒
反应 环己烯加氢 乙烯加氢 合成氨 氨氧化
催化剂 Ni, Pt Ni Fe Pt
毒物 苯、氰化物 乙炔、CO CO 乙炔
防治办法：使其不饱和度减小，降低或消除毒性。 例如：CO→CO2或CO → CH4，消除毒性
三、中毒
催化剂所接触的流体中的少量杂质吸附在催化 剂的活性位上，使催化剂的活性（选择性）显著下 降甚至消失，称之为中毒。 使催化剂中毒的物质称为毒物。 中毒的分类： 可逆中毒：可以再生的、暂时性的中毒；
例如：合成氨反应中，H2O会使Fe催化剂可逆中毒
H 2O Fe Fe2O3
不可逆中毒：不可以再生的、永久性的中毒。
碳物种吸附
分解，聚合
碳物质沉积
活性组分被覆盖 孔被堵塞 催化活性降低
一、结焦
1、酸结焦：
烃类原料在固体酸催化剂上或固体催化剂 的酸性部位上通过酸催化聚合反应生成碳 质物质。 C H (CH )
n m x y
2、脱氢结焦： 烃类原料在金属和金属氧化物的脱氢部 位上分解生成碳或含碳原子团。
Cn Hm yC 3、离解结焦： 一氧化碳或二氧化碳在催化剂的解离部 位上解离生成碳。
催化剂在使用过程中应力的作用和组成、结构、 孔结构的变化引起机械强度下降，颗粒破碎。 影响： 破裂→床层堵塞、沟流→床层压力降增大，床层 各部分反应不均匀→局部过热→结焦
十、结污（Fouling)
固体杂质碎屑在催化剂颗粒上的沉积，遮盖表 面，堵塞孔道，甚至导致颗粒粘结。
小结
各类催化剂的主要失活原因：
固体酸：结焦、中毒
金属催化剂：中毒、烧结、结焦、组分挥发
金属氧化物：组分挥发，相变化、结焦
催化剂的再生和更换
可再生的催化剂：多次烧焦再生使用。
不可以继续使用或再生时，更换。
6.4.2 催化剂的失活与再生实例
一、重整催化剂的失活与再生
工业重整催化剂：Pt-Re/-Al2O3-Cl, Pt-Sn/-Al2O3-Cl
加氢裂化 50.6 53.1 54.4 49.7 48.2
防治措施
使用条件选择 载体选择
工作温度低于Tammann温度(0.5Tm)
Ni/Cr2O3催化剂Ni/Cr2O3-Al2O的金属被 氧气氧化后，经H2还原。
水煤气变换反应Cu-ZnAl2O3催化剂的结构
含量：Pt 0.2~0.4%
Re 0.3~0.5%
Sn 0.2~0.5% Cl 1.0~1.5% Pt的作用：脱氢活性，主催化剂 Re和Sn：助催化剂
Cl的作用：提供酸性，异构化活性
1、重整催化剂的失活
1、重整催化剂的失活
五、生成低活性化合物
1, 催化剂组分与气体反应：如H2O、氮气、CO2与金 属生成氧化物、氮化物和碳化物。
2,催化剂组分之间的固相反应可分为两类：
1)活性组分之间反应：如V2O5-TiO2催化剂生成固 熔体。 2)载体与活性组分反应：如Ni/α-Al2O3催化剂生 成尖晶石NiAl2O4新相。
六、相转变和相分离
5、选择性中毒
选择性中毒：利用毒物分子对某些活性部位的选择性吸 附来抑制或中毒不希望的催化活性，提高催化选择性。 例子1：Pt-Re/Al2O3重整催化剂，利用少量硫化剂对氢解 活性中心的选择性中毒（预硫化）提高芳构化选择性。 例子2：FCC汽油选择性加氢脱硫的催化剂，利用碱性物 质或结焦对强加氢活性中心的选择性中毒，提高加氢脱 硫选择性。 例子3：正己烷异构化的Ni/八面沸石催化剂，利用少量 H2S对氢解活性中心的选择性中毒抑制裂解反应，提高异 构化选择性。