氨合成催化劑及其催化反應(yīng)機(jī)理研究進(jìn)展

姚志燁

山西潞安煤基合成油有限公司 046100

一段時(shí)期以來，針對(duì)氨合成催化劑的研究取得了實(shí)質(zhì)性的成果，尤其是對(duì)于不同類型氨合成催化劑催化反應(yīng)機(jī)理的實(shí)踐應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極為關(guān)鍵的作用。就以合成氨鐵催化劑的有機(jī)成為來看，這一類型的合成氨催化劑主要是以鐵的氧化物作為催化母體，以還原催化劑的主要活性為整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程的核心，同時(shí)，參雜了各類促進(jìn)劑以及催化成分來加快制劑物質(zhì)的反應(yīng)速率。

一、淺析氨合成催化劑的研究狀況

1.氨合成催化劑的研究進(jìn)展概述

經(jīng)歷了近百年的鉆研以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐研究，從當(dāng)前的研究及實(shí)踐成果中可以看到，氨合成催化劑的研究進(jìn)展極為可喜。其中，各領(lǐng)域?qū)τ诎焙铣设F催化劑、氨合成釕催化劑的發(fā)展及其對(duì)氨合成催化反應(yīng)機(jī)理有著不同的理解，究其原因在于，不同領(lǐng)域及環(huán)節(jié)所需的催化效果不盡相同，但無論如何，氨合成催化劑被廣泛應(yīng)用與現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，并為各行業(yè)企業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的利潤(rùn)。由于每個(gè)時(shí)代對(duì)于氨合成催化劑的應(yīng)用效果有著不同的要求，因此，科研機(jī)構(gòu)針對(duì)氨合成催化劑的研究仍在持續(xù)進(jìn)行，挖掘符合當(dāng)前工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展特征的研究成果，以備實(shí)踐所用。

2.合成氨鐵催化劑

工業(yè)氨合成鐵催化劑的母體氧化物在化學(xué)計(jì)量上并非完全和四氧化三鐵如出一轍，一般采用鐵比來表征催化劑中鐵的價(jià)態(tài)狀況，其原因在于，鐵比對(duì)制得的催化劑活性有較大的影響，適宜的鐵比范圍為0.5-0.6[1]。從以往的研究資料中可以看到，我國(guó)重點(diǎn)科研機(jī)構(gòu)的科研人員研究了Fe2+/Fe3+的比例對(duì)活性的影響，從技術(shù)測(cè)定來看，催化活性呈駝峰形曲線。針對(duì)合成氨鐵催化劑項(xiàng)目的執(zhí)行過程及其資料中提到：決定氨合成熔鐵催化劑變化本質(zhì)的是具有不同晶體結(jié)構(gòu)的氧化物（Fe2O3、Fe3O4、Fe1-xO）的分子比，當(dāng)分子比f為1，可以解釋為，只有一種鐵氧化物、一種晶體結(jié)構(gòu)，此時(shí)，熔鐵催化劑具有高活性[2]。

3.合成氨釕催化劑

在以往的研究資料中可以看到，RuCl3是一種較為常見的化合物，其性質(zhì)較為穩(wěn)定，通常被用來制備以釕元素為基礎(chǔ)的催化劑，但從化驗(yàn)及實(shí)踐過程來看，經(jīng)反應(yīng)后的釕物質(zhì)表面上殘存著少量的氯離子，其對(duì)合成氨釕催化劑有負(fù)面作用。從這一角度來看，相關(guān)實(shí)踐領(lǐng)域在制備或選擇催化劑物質(zhì)時(shí)，要對(duì)合成氨釕催化物質(zhì)的催化活性及其作用進(jìn)行考量[3]。

二、氨合成催化劑的催化反應(yīng)機(jī)理研究進(jìn)展

從現(xiàn)實(shí)來看，盡管不同類型的催化劑的配方略有差異，而且在實(shí)踐領(lǐng)域當(dāng)中，各行業(yè)生產(chǎn)所需的生產(chǎn)設(shè)備及其管理流程在不斷地發(fā)展，諸多工藝技術(shù)也早已退出歷史的物態(tài)，取而代之的是新型產(chǎn)業(yè)技術(shù)，但是從氨合成催化劑的催化反應(yīng)機(jī)理研究的角度來看，在過去很長(zhǎng)的一段時(shí)期里，不同種類氨合成催化劑的制備過程并未有太明顯的變化，通常也都是需要高溫高壓環(huán)境來輔以生產(chǎn)，且氨合成催化物質(zhì)的主要成分仍舊以鐵以及堿金屬為主，在氧化物的促進(jìn)作用下，構(gòu)成一種熔鐵型催化劑[4]。此種狀況延續(xù)了一段時(shí)間以后，隨著各領(lǐng)域科研項(xiàng)目成果在氨合成催化劑的研究項(xiàng)目中的滲透，使得該領(lǐng)域?qū)＜裔槍?duì)氨合成催化劑及其機(jī)理的研究跳出了固有的圈層，進(jìn)而推進(jìn)了新型固氮方式以及合成氨催化劑的研究成果，借助模擬實(shí)驗(yàn)等先進(jìn)科研手段的整合應(yīng)用，一些新型合成氨催化劑物質(zhì)浮出水面，突破了傳統(tǒng)類型氨合成催化劑特性的極限，提升了合成氨物質(zhì)的催化活性。但相關(guān)研究?jī)?nèi)容剛剛被挖掘出來時(shí)，并未將其投入到工業(yè)實(shí)踐領(lǐng)域當(dāng)中，而是經(jīng)過長(zhǎng)期的模擬研究及觀察，才能夠應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，以此來保證化工生產(chǎn)領(lǐng)域的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

總而言之，從以往氨合成催化劑的研究資料中可以看到，針對(duì)催化反應(yīng)機(jī)理等相關(guān)內(nèi)容的研究成果也較為突出，而且，很多科研成果也已經(jīng)投入到實(shí)踐領(lǐng)域當(dāng)中，為化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了充足的理論及工藝技術(shù)支撐。

結(jié)束語

通過分析氨合成催化劑及其催化反應(yīng)機(jī)理研究進(jìn)展，可以更清楚的了解到氨合成催化劑對(duì)于工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展及相關(guān)領(lǐng)域?qū)嵺`的重要意義。從科研的角度來看，氨合成催化劑的催化反應(yīng)機(jī)理較為簡(jiǎn)單，但隨著社會(huì)產(chǎn)業(yè)及相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)要求的不斷變換，對(duì)于氨合成催化劑的研究方向會(huì)有些許變化，使其順應(yīng)當(dāng)前時(shí)代的發(fā)展要求，且滿足工業(yè)企業(yè)高效率、促環(huán)保、增效益的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。由此可見，針對(duì)氨合成催化劑及其催化反應(yīng)機(jī)理的研究具有極高的挖掘價(jià)值。

[1]王自慶，張留明，林建新，等.納米材料負(fù)載釕催化劑的制備與應(yīng)用[J].催化學(xué)報(bào)，2012，03（03）：379-381.

[2]金家敏，包偉芳.再論載體材料與貴金屬催化劑——粉末冶金多孔金屬應(yīng)當(dāng)是貴金屬催化劑的合理載體材料[J].材料導(dǎo)報(bào)，2012，05（05）：59-61.

[3]鄭安民，黃信炅，張海祿，等.固體核磁共振技術(shù)在固體酸催化劑表征及催化反應(yīng)機(jī)理研究之應(yīng)用進(jìn)展[J].催化學(xué)報(bào)，2013，03（03）：439-442.

[4]楊曉龍，胡斌，夏春谷，等.釕基氨合成催化劑作用機(jī)理及氧化物負(fù)載釕催化體系研究[J].工業(yè)催化，2010，03（03）：13-15.