合成氨催化剂VIP免费

合成氨催化剂的发展应用化工1121郭志翔（武汉理工大学华夏学院湖北武汉430223）摘要：合成氨催化剂是合成氨工业的核心内容，而合成氨工业是化学工业的支柱，在国民经济的诸多领域都占有举足轻重的地位。简单介绍了一些典型的合成氨催化剂，以及对以后催化剂的发展前景的展望。关键词：合成氨催化剂应用展望氨是世界上最大的工业和成化学品之一，而与合成氨产量密切相关的是合成氨催化剂，也就是说因为有了合成氨催化剂的发展才有了合成氨工业现在的发展现状。最初的合成氨利用水电解和水煤气变换制氢，空气分离获取氮气，再由氮气和氢气合成氨，制氢的过程是非常昂贵的，随着天然气或石脑油水蒸气转化制氢催化剂的的开发，使制氢个过程更为廉价。以及后续的Fe3O4基传统熔铁催化剂、F1-XO基熔铁催化剂、钌基合成氨催化剂等，对合成氨工业的发展都起着关键性的用。1、Fe3O4基传统熔铁催化剂1913年，Harber和MittaschA等成功开发了铁基合成氨催化剂[1]之后，人们对此进行了极其广泛和深入地研究，并且这些研究在一定程度上推动了多相催化科学和表面科学的发展。早在合成氨催化剂研究的初期，研究人员就发现用天然铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。随后根据Almquist等人所确定的纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系，人们通过大量实验发现了经典的火山形活性曲线，沿袭这一结论，得出了铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系。但是在八十年代中期，浙江工业大学的刘化章教授在系统研究了合成氨催化剂活性随母体相成双峰形曲线分布而不是传统的火山形分布[2]，成为合成氨催化剂历史上的一次重大突破。通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高，并且到目前为止，世界上所有工业氨合成铁催化剂，无一例外，其主要化学组成都是Fe3O4[3]。磁铁矿中所添加的促进剂的量虽然不多，但是对于提高催化剂的活性具有重要意义。目前得到应用的促进剂的研究包含三类：碱金属、氧化钴、稀土金属。其中，铁基合成氨催化剂添加稀土金属后，如CeO，富集于催化剂表面，不仅大大提高了催化剂的活性，而且也能在很大程度上提高催化剂的寿命。1979年，英国ICI公司首先研制成功了含有稀土元素的Fe-C0催化剂，又称74-1型含钴催化剂，并且还将其应用于ICI-AMV工艺中[4]。目前的研究发现，试图通过添加其它的稀土氧化物来改善催化剂的性能，使其活性超过Fe-C0催化剂已经变得相当困难。1.1亚铁型催化剂FeO具有化学非整比性、氧化性和亚稳定性在常温下FeO的氧化反应和企划反应速度很缓慢。含有多种助剂的Fe1-xO基催化剂在动力学上是稳定的，母体中只有一种特氧化物（Fe1-xO）和一种晶体结构（Wustite），维氏体单独存在于催化剂中是才具有活性。研究发现具有维氏体（Fe1-xO,0.04≤x≤0.10）相结构的氧化亚铁基氨合成催化剂具有最高活性，而非磁铁矿（Fe3O4）相还原的到的催化剂具有最高活性。1.2稀土作助剂的催化剂稀土元素包括钪、钇和原子序数从57～71的镧系元素,由于其内层4f电子的数目从0～14逐个逐满所形成的特殊组态,造成稀土元素特有的催化、电化学等性质和特殊的应用。80年代初,研究发现在铁基合成氨催化剂中添加稀土元素,稀土元素氧化物添加剂(CeO)富集于催化剂表面,经还原后与Fe形成Ce-Fe金属化物,促进Fe向N:输出电子,加速氮的活性吸附,提高了催化剂的活性;Ce由界面向基体的迁移速度比K慢,使Ce比K能更长时间保留在界面,发挥其促进活性的作用,保证催化剂具有更长的使用寿命[5]。研究了Fe2Ce金属间化合物对合成氨反应的催化活性的影响。研究发现，经600℃空气中焙烧4h氧化处理后，Fe2Ce催化剂在450℃以上仍然具有很好的合成氨活性。1.3、合成氨纳米催化剂根据气固相反应理论，金属晶格缺陷越多，比表面积越大，活性中心越多，其催化性能就越好。所以随着纳米微粒粒径的减小，比表面积逐渐增大，吸附能力和催化性能也随之增强[6]。目前合成氨纳米催化剂主要有：纳米四氧化三铁、纳米三氧化二铁、纳米氧化铜、纳米氧化镍、纳米氧化锌、纳米三氧化二钼等。其主要是将合成氨工业中和成工序催化剂的活性成分研制成纳米级别的微粒。由于纳米材料的尺寸及特殊的表面结构，使得纳米...