劉正威

摘要：本文主要從統(tǒng)計學(xué)的角度著手，進而根據(jù)反應(yīng)類型，對氣相氧化催化劑的制備和組成的不同進行論述。

關(guān)鍵詞：催化劑 制備 氧化

氧化催化劑的制備方法，概括地說與一般固體催化劑制備方法沒有什么差異。從一些專利看到的工業(yè)催化劑的制備方法，其制備上藝相當(dāng)復(fù)雜，看起來，各種催化劑的制備方法極為雜亂，這是由于想要研制一個對某一反應(yīng)最為有利的催化劑而引起的。但其中還有很多通用部分?？雌饋碇苽浞椒ǚ倍啵墒窃陬愃魄胺磻?yīng)中，用類似的制備方法多數(shù)是有效的。然而也有未必完全如此。有一些實際情況可證明這一看法，較好的例子如：丙烯氧化制取丙烯醛所用的催化劑，其組成和方法基本上與異丁烯氧化制取甲基丙烯醛所用的催化劑通用，然而，用于丙烯醛氧化制取丙烯酸的催化劑，其組成和制備方法卻不能與甲基丙烯醛氧化制取甲基丙烯一樣，反之對甲基丙烯醛氧化有效的催化劑(甲基丙烯酸效率高)，將它的組成和制備方法用丁丙烯醛的氧化，沒有顯示出什么好的結(jié)果。如果查明原因，或許是本應(yīng)如此。

前多數(shù)情況是，催化劑的開發(fā)優(yōu)先于研究催化劑的作用機理，所以目前是類似的反應(yīng)采用類似的催化劑制備方法，而不同反應(yīng)則采取不同的制備方法，從這兩種觀點來進行研究。

首先是氧化催化劑要采用什么元素，除了銀以及鉑外，這些元素部是以氧化態(tài)使用的，基本上不單獨使用，而是多與其他元素組配成二元或二元以上組分使用。氧化物中除了堿金屬明顯地不能作為催化劑之外，有20多種元素大體上都能制成這種氣氧化反應(yīng)催化劑。應(yīng)該省略出現(xiàn)頻率比較少鋅等這幾種元素，到目前為止在這種氧化反應(yīng)中未起重要作用。但不能說將來也不起作用。出現(xiàn)頻率最高的是釩，其次是鉬、鎢、鐵、鈷，鎳。鎢與鉬同屬于ⅥB族，性質(zhì)也相似，而鎢沒有象鉬那樣的升華性質(zhì)，所以多以鎢代替鉬。作為能形成陽離子的金屬召得最多的是第Ⅷ族第四周期的元素。

氧化催化劑雖有不用擔(dān)體的，但多數(shù)是擔(dān)載在擔(dān)體上使用。三趨催化劑的擔(dān)體幾乎都可以使用。只是與氧起反應(yīng)的物質(zhì)，例如活性炭，只能用于非常特珠低溫下的氧化反應(yīng)(據(jù)專塑對氧安定的石墨的例子)。使用的擔(dān)體主要有：硅膠、粘上、鋁礬上、氟鎂石、石棉、鋼鋁石，碳化硅、浮石、氧化秈寺等。擔(dān)體在工業(yè)上很重要，例如將氟鎂石擔(dān)體改為使用熔鈦時，其他條件不變。

催化劑制備方法的要點，在于將適用于該反應(yīng)的元素組合和硅定擔(dān)體，以及把元素和擔(dān)體制成實用的催化刑。文獻只簡單地提到怎樣在擔(dān)體上擔(dān)載金屬，如何成形為合適出顆粒，在空氣中于500℃焙燒等。而實際上要求在高溫下不刊層，還要具有相當(dāng)?shù)臋C械強度，不粉碎，而且作為催化劑，為了能最大限度地發(fā)揮其性能，要根據(jù)所用元素、擔(dān)體及反應(yīng)條件多方面考慮。還有在空氣中加500℃焙燒時，催化劑性能還不能到焙燒爐的形式、通入空氣的速度、從常溫升到500℃的升溫方式、在500℃的處理時間等所影響。這些方面難以統(tǒng)一論述，只能對各個催化劑分別討論。

以氧化釩為主體的氧化催化劑到目前為止基本上仍然有效地使用于所有的氧化反應(yīng)，可以說是個萬能催化劑。近來在烯烴氧化、氧化脫氫和氨氧化方面雖不常用，但在二氧化硫之類的無機化合物前氧化以及烷烴、芳香烴、醇、醛等的氧化反應(yīng)中廣為使用，而且最有成效。現(xiàn)將使用氧化釩系的有代表性的反應(yīng)飛所用的助催化劑、擔(dān)體,活化方法等匯總在一起二氧化硫,萘、鄰二甲苯以及丁烯的氧化時雪用氧化釩作主在組分，而不用氧化鉬，其它組分只不過用作助催化劑而已。芳烴化合物的氨氧化反應(yīng)也大體如此。笨氧化時，氧化鉬是作為準(zhǔn)主催化劑與氧化釩共用的，而在一醛氧化時，鉬與釩的比例倒過來，此時氧化釩量只相當(dāng)于氧化鉬。擔(dān)體使用一般的惰性物質(zhì)，但也有不用擔(dān)體的由熔融法制得出氧化釩催化劑。一般在氧化反應(yīng)中，細孔多的表面積大的催化活性高，伹選擇性低。與此相反，活性低的卻選擇性，所以應(yīng)當(dāng)選擇具有對該反應(yīng)孔分布適宜擔(dān)體，不用擔(dān)體的熔融催化劑表面積最小，只有0.5米2左右。制備方法大致相同，將偏釩酸銨或五氧化二釩溶于水，或是加熱熔，浸漬在擔(dān)體上。

當(dāng)以偏釩酸銨為原料時，可將它直接溶干水，將制成的水溶液加到擔(dān)體中。當(dāng)以五氧化二釩原料時，制成熔融的無擔(dān)體催化劑，或是溶附在擔(dān)體上。還有在硫酸中用二氧化硫氣體作成硫酸氧釩的溶液，與擔(dān)體和助催化劑相混合的方法。用這種方法制成催化劑最后一道工序是進行活化。就氧化釩催化劑的活性和選擇性而言，與下面將要討論的氧化鉬催化劑相比，因活化時的空氣量、有無還原性物質(zhì)、升溫速度、焙燒時間等條件的影響，而導(dǎo)致非常大的變化，此時不僅對孔分布和表面積起決定作用，而且與附近有這么多出氧化狀態(tài)要保侍相對應(yīng)的結(jié)晶形態(tài)有關(guān)。氧化釩催化劑可分為如下三種：

1、主催化劑只是氧化釩，不含氧化鉬的催化劑。

2、含氧化鉬，但其含量較氧化釩少的催化劑。

3、含氧化鉬多于氧化釩的催化劉。-

氧化硫氧化用的氧化釩催化劑，為了使它具有充分穩(wěn)定的活性，必須進行預(yù)處理，要在高溫下經(jīng)過幾小時，或在低溫下經(jīng)過幾小時處理。而且,在有機化合物氧化時，強化劑用還原性氣體在高溫下預(yù)處理也有活化效果?！?/p>

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作者單位：西北民族大學(xué)榆中校區(qū)化工學(xué)院化學(xué)工程與工藝05（1）班