催化劑技術(shù)發(fā)展趨勢探討

張博 明永恒

摘 要：隨著現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)不斷發(fā)展，催化劑在推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展、保障社會公民身體安全和減少環(huán)境污染等方面發(fā)揮了極為重要的作用。當(dāng)前催化劑已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到了各大化工生產(chǎn)行業(yè)，給化工生產(chǎn)打下了良好基礎(chǔ)。本篇文章對國內(nèi)外常見的幾種催化劑技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料以及發(fā)展趨勢等進(jìn)行了全面介紹，同時(shí)針對我國當(dāng)前催化劑技術(shù)的發(fā)展情況，提出了自己的見解，希望借此能夠?yàn)樵撔袠I(yè)進(jìn)一步發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：發(fā)展趨勢;催化劑技術(shù);前景探析

1 組成結(jié)構(gòu)

在工業(yè)領(lǐng)域中所使用的催化劑絕大多數(shù)為固體催化劑，并且其中絕大部分是多組元的固體催化劑。所謂多組元，即多種組分在經(jīng)過各種結(jié)合之后所形成的一種混合體，按照不同組分發(fā)揮的作用可以把催化劑劃分為以下幾個(gè)部分，首先在催化劑中主催化劑為它的活性組分，倘若不存在主催化劑那么便無法實(shí)現(xiàn)催化作用;其次助催化劑的含量極少，它自身并不具備催化活性，它的作用往往是對副反應(yīng)反應(yīng)活性進(jìn)行抑制;最后是載體，其可以使催化劑結(jié)構(gòu)與形態(tài)等發(fā)生變化，而且對于主催化劑還有較為理想的支撐、黏合以及分散等作用。對于不同類型的催化劑而言，它們結(jié)構(gòu)的差異通常表現(xiàn)在晶相結(jié)構(gòu)以及孔結(jié)構(gòu)不同。初級粒子、催化劑顆粒以及次級粒子是催化劑中三個(gè)不同級別的組成粒子，另外按照孔半徑還可以劃分成微孔、中孔以及大孔等，其中孔徑不超過1nm的為微孔，而孔徑處于1-25nm的則稱之為中孔，當(dāng)孔徑超過25nm即大孔。

2 催化劑技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢

在經(jīng)過了一段時(shí)間發(fā)展之后，當(dāng)前催化劑的應(yīng)用情況得到了極大轉(zhuǎn)變，原本在傳統(tǒng)的石油化工行業(yè)中所使用的催化劑技術(shù)逐漸走向成熟，但是隨著使用標(biāo)準(zhǔn)的提升，仍舊需要借助新型的催化劑與技術(shù)等解決因材料性質(zhì)變差所造成的種種阻礙?，F(xiàn)階段，就經(jīng)濟(jì)角度來看，天然氣與煤化工和石油化工領(lǐng)域之間還存在有較大的差距，但是三者之中應(yīng)用的催化技術(shù)卻有著一定相似性。與此同時(shí)，在具有高附加值的化學(xué)合成以及藥物中間體的合成過程中所使用到的催化技術(shù)在現(xiàn)階段依舊處在一個(gè)較為分散的狀態(tài)，同時(shí)整體發(fā)展的速率也較低，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，此類催化技術(shù)在現(xiàn)階段也得到了一定完善。

據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，目前國際石油的加工產(chǎn)值共計(jì)950億美元左右，而精細(xì)以及基本有機(jī)化工產(chǎn)值則分別為520億美元以及480億美元。雖然后者之和在產(chǎn)量方面不及前者，但是二者產(chǎn)值總量卻要遠(yuǎn)大于石油化工，并且仍舊呈現(xiàn)快速上升的趨勢?，F(xiàn)階段，創(chuàng)新現(xiàn)有的制備技術(shù)、研發(fā)新型的催化材料與催化劑是相關(guān)領(lǐng)域得以進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)，而想要在此基礎(chǔ)上滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)制備工藝、催化工藝以及相關(guān)催化劑精細(xì)化是不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)，而且這還是催化劑今后發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。

2.1 催化劑技術(shù)的發(fā)展和開發(fā)

2.1.1 化工及煉油催化劑

當(dāng)前石油化工行業(yè)想要得到進(jìn)一步發(fā)展，研發(fā)高效的新型催化劑是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。僅近些年世界上與催化存在一定關(guān)系的項(xiàng)目中，50%及以上的工作都是將開發(fā)新型的催化劑作為核心而進(jìn)行的展開，與此同時(shí)世界各國對于催化劑給予的關(guān)注也愈來愈強(qiáng)。

由上述分析可知，催化劑在近些年得到了飛速發(fā)展，而固體催化劑作為其中的佼佼者更是受到了相關(guān)企業(yè)廣泛的關(guān)注。對于固體催化劑來說，它可以在烷基化、異構(gòu)化和酯化等諸多化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中取代原本所使用的硫酸催化劑，而且還可以在源頭處避免污染出現(xiàn)，因此它成為了現(xiàn)階段最受歡迎且發(fā)展前景極為廣闊的一類催化劑。

除此之外，由于種種因素制約（例如催化劑活性和經(jīng)濟(jì)等）因此當(dāng)前煤液化催化劑的研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向了超細(xì)粒分散性的鐵基催化劑加入的方式以及制備形式，并且在未來研究過程中依舊需要于通過離子交換法進(jìn)行催化劑引入的方式、納米級的氧化鐵與改性氧化鐵實(shí)際的應(yīng)用、直接浸漬方案優(yōu)化等諸多方面開展相應(yīng)的工作。

2.1.2 光催化劑

在上個(gè)世紀(jì)七十年代初期發(fā)生的石油危機(jī)除了讓光電化學(xué)得到了飛速發(fā)展之外，同時(shí)也使得光催化劑這一領(lǐng)域得到了社會各界廣泛的關(guān)注。光催化技術(shù)在近些年間被廣泛應(yīng)用到了太陽能轉(zhuǎn)化、臨床醫(yī)學(xué)以及環(huán)境治理等諸多領(lǐng)域，而它自己也憑借著廣泛的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了前所未有的發(fā)展，尤其是對污水處理領(lǐng)域進(jìn)行了極為深入的研究。

現(xiàn)階段凈水技術(shù)種類極為豐富，但是絕大多數(shù)都是以化學(xué)與光化學(xué)兩種方案為基礎(chǔ)。通過光催化及相關(guān)技術(shù)開展污水治理工作具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

①二氧化鈦是當(dāng)前研究較為普遍的一種高活性的光催化劑，它對于太陽光的吸收率達(dá)到了4%-5%，并且穩(wěn)定性較為出色，同時(shí)無毒和廉價(jià)也是它最為顯著的特點(diǎn);②除自然存在與空氣中的樣之外，無需再次添加其他類型的能夠溶于水的氧化劑就可實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物高效分解，在理論層面也無需使用其他的化學(xué)藥劑;③能夠?qū)崿F(xiàn)氧化和還原兩個(gè)過程同步進(jìn)行。

就光催化劑在現(xiàn)階段應(yīng)用的實(shí)際情況來看，其在今后應(yīng)用的主要區(qū)域應(yīng)當(dāng)是利用它所具有的良好的親水性來制作一些高質(zhì)量的防霧裝置。除此之外還可以借助光催化劑來凈化空氣以及水資源。雖然光催化劑具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是在當(dāng)前想要讓它變成一種實(shí)用型技術(shù)仍舊存在諸多難點(diǎn)，例如反應(yīng)速率過慢以及量子效率偏低等，尤其需要對污染物自身特征和可能造成的一些有害副產(chǎn)品進(jìn)行深入研究。倘若想要由根源處解決掉上述問題，優(yōu)化催化劑自身性能是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，對可見光催化劑和高效催化劑進(jìn)行研究與開發(fā)變成了目前光催化項(xiàng)目中較為核心的一個(gè)研究課題。

2.2 催化新材料與制備共性工藝等開發(fā)得到了廣泛關(guān)注

想要讓催化劑具體性能得到進(jìn)一步強(qiáng)化和完善，實(shí)現(xiàn)催化劑精細(xì)化的制備時(shí)首要措施。而新型催化劑材料恰好是更新和豐富催化劑種類最為基本的一個(gè)途徑自上世紀(jì)八十年代之后，世界各國便對此領(lǐng)域的研究投入了大量資源。例如聯(lián)碳公司研發(fā)出的金屬磷氯分子篩、磷鋁以及銠催化體系中的磷配體、英國?？松邪l(fā)的雙與多金屬的簇團(tuán)以及法國杜邦的白鎢礦結(jié)構(gòu)氧化物等等。

由于催化劑行業(yè)開始應(yīng)用納米技術(shù)，因此新研制出的催化劑效能得到了極大的提升。借助該原理，能夠于3至4埃區(qū)間內(nèi)對微孔的尺寸進(jìn)行精確調(diào)整。將新材料的研究與開發(fā)作為工作進(jìn)行的基礎(chǔ)，通過對精細(xì)化的催化劑制作技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，能夠快速且有效的調(diào)節(jié)催化劑的形貌、晶粒的尺寸、催化劑的孔結(jié)構(gòu)還有催化劑的孔分布等，而且在該過程中還能夠利用催化劑活性組分控制分析法，來最大程度的提高催化劑在實(shí)際應(yīng)用過程中的性能與效率。除此之外，因?yàn)閷Ψ肿雍Y結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)控制可以讓它的結(jié)構(gòu)更為多樣化，從而在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用過程中取得一些較為突出的成就，所以人們對精細(xì)化的制備工藝與新型的催化材料等給予了高度重視，而在這種發(fā)展背景下，催化劑技術(shù)在未來必將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

3 結(jié)束語

總而言之，催化劑和它的催化作用可以有效降低工業(yè)生產(chǎn)所需的成本，從而最大程度的減少不必要的能源消耗。而在目前對環(huán)境污染給予高度關(guān)注的時(shí)代背景下，催化劑給環(huán)境催化帶來了無限可能，它可以讓污染物實(shí)現(xiàn)有機(jī)轉(zhuǎn)化從而有效減少污染物的排放，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)約資源以及環(huán)境保護(hù)等目標(biāo)?，F(xiàn)階段，強(qiáng)化催化劑技術(shù)的研究是催化劑未來進(jìn)一步研究與開發(fā)的主要方向，而催化劑作為諸多化學(xué)反應(yīng)過程的技術(shù)要點(diǎn)，其與自身催化過程的進(jìn)一步開發(fā)將會推動(dòng)社會大量行業(yè)實(shí)現(xiàn)前所未有的發(fā)展，相信隨著我國對催化劑技術(shù)不斷的研究催化劑技術(shù)在未來必然會取得質(zhì)的飛躍，最終占據(jù)相關(guān)行業(yè)的制高點(diǎn)。

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