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廢氣治理——氣■固催化反應
來源:東莞廢氣處理 發布時間:2023-04-28 點擊數:

(一)催化作用

 在化學反應體系中加入少量某些物質,可以極大地改變反應速度,而在反應終了時,所 加入的這些少量物質的性質和數量均不發生變化。這些物質稱為催化劑,而催化劑對化學反 應的這種影響稱為催化作用。 催化劑可以加快反應速度,稱為正催化作用;催化劑也可以遲滯和減慢反應速度,稱為負催化作用。在一般的化學反應和大氣污染控制中,絕大多數情況下利用的是催化劑的正催化作用。

 由于反應體系的不同和催化劑的形態不同,催化反應可分為均相催化與非均相催化(多 相催化)。反應物和催化劑為同一相時稱為均相催化,反應物與催化劑為不同相時稱為非均 相催化。在大氣污染控制中,反應物皆為氣體,所得產物亦為氣體,而所用催化劑絕大部分 為固體物質,因此,在大氣污染控制中的催化反應皆屬于氣-固多相催化反應。

(二)吸附與催化

 固體的表面能吸附各種氣體或液體分子,吸附速度、吸附量和吸附類型與固體和被吸附 分子的性質以及吸附條件有關。這種吸附現象與多相催化作用有著密切的關系。

 吸附分為物理吸附與化學吸附,物理吸附一般在低溫下進行,且吸附熱較小。化學吸附 是被吸附分子與固體發生了某種化學反應,具有化學反應的性質,吸附溫度較高,吸附熱數 值較大。在多數情況下,進行多相催化反應的最適溫度恰好與反應物進行化學吸附的溫度一 致,因此一般認為,化學吸附是多相催化過程的必經階段之一。

根據吸附與催化關系,在氣-固催化反應中反應是按如下步驟進行⑵:

(1)氣相中的反應物擴散到催化劑表面上;

(2)催化劑吸附一種或幾種反應物;

(3)在催化劑表面上,吸附的反應物之間或吸附的反應物與氣相中的反應物之間進行化 學反應;

(4)生成物從催化劑表面上解吸;

(5)生成物離開催化劑擴散到氣相中。

其中步驟(3)往往是決定催化反應速度的步驟。

(三)催化作用與反應速度

 在化學反應中,由反應物變為產物,反應物分子的原子或原子團必須重新組合,也就是 說在反應過程中,反應物分子的某些化學鍵斷裂,在產物分子中則有新鍵生成。能夠進行這 樣反應的分子必須具有足夠的能量,具有這樣能量的分子稱為活化分子。處于活化狀態能進 行反應的分子所具有的最低能量與普通分子所具有的平均能量之差稱為該反應的活化能。 對于非催化反應,要使反應能順利進行,就必須使活化分子數量增多,最常用的方法就 是提高反應系統溫度,但這樣做在生產上受到很多限制,且很多情況下對反應速率的增加效 果也不理想。

 對于催化反應,則是借助于催化劑的作用使反應的活化能降低,使達到活化狀態的分子 數量增多,從而加快了反應速率。催化劑使反應活化能降低的主要原因是由于在催化劑的作 用下使反應沿著新的途徑進行,新的反應途徑往往是由一系列的基元反應組成的,每個基元 反應的活化能均小于非催化反應的活化能,從而使反應速率加快。

根據阿累尼烏斯公式,反應速率常數按式(6-16)計算:

K = Ae-E/RT (6-16)

 式中,K為反應速率常數;A為頻率因素;E為活化能;R為氣體常數;T為絕對溫度。 因」比選用良好的催化劑降低了反應的活化能,即可使反應速率提高。

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