浅谈孔结构对催化剂载体的影响
2020/12/30 15:41:55 点击:
催化剂载体是固体催化剂的重要组成部分,主要作用在于改变主催化剂的形态结构,对主催化剂起分散和支撑作用,从而增加催化剂的有效表面积,并降低催化剂的成本。
对于催化剂载体而言,其孔结构是一个关键因素。由于催化剂的表面积中绝大部分为内表面积,活性中心也往往分布在内表面上,反应物分子在被吸附之前,必须通过催化剂的孔内扩散才能到达催化剂内表面的活性中心。这种扩散过程与催化剂的孔结构密切相关,不同孔结构中的扩散表现出不动的扩散规律和表观反应动力学。
常见的表征孔结构有孔隙率和平均孔径,平均孔径是从简化模型计算而来,平均孔径=2*比孔容/比表面积。然而基于对催化剂内孔结构的全面考虑,只有孔隙率和平均孔径是远远不够的,还要知道孔径分布。由于分子的平均自由程和孔径大小及其比值的不同,反应物分子在催化剂孔内扩散表现出不同的扩散规律。
一般而言,当催化剂的孔径大于10微米时,扩散的阻力来自于分子间的碰撞,可以忽略孔结构的影响。当催化剂的孔径小于2纳米时,气体分子与催化剂孔壁的碰撞几率远大于分子间的碰撞几率,扩散阻力非常大,分子间的碰撞可以忽略。当催化剂的孔径在2纳米-10微米时,气体分子与催化剂孔壁的碰撞和分子间的碰撞都不能忽略,表现在扩散通量和孔径的关系呈现费线性。
对于催化剂载体而言,其孔结构是一个关键因素。由于催化剂的表面积中绝大部分为内表面积,活性中心也往往分布在内表面上,反应物分子在被吸附之前,必须通过催化剂的孔内扩散才能到达催化剂内表面的活性中心。这种扩散过程与催化剂的孔结构密切相关,不同孔结构中的扩散表现出不动的扩散规律和表观反应动力学。
常见的表征孔结构有孔隙率和平均孔径,平均孔径是从简化模型计算而来,平均孔径=2*比孔容/比表面积。然而基于对催化剂内孔结构的全面考虑,只有孔隙率和平均孔径是远远不够的,还要知道孔径分布。由于分子的平均自由程和孔径大小及其比值的不同,反应物分子在催化剂孔内扩散表现出不同的扩散规律。
一般而言,当催化剂的孔径大于10微米时,扩散的阻力来自于分子间的碰撞,可以忽略孔结构的影响。当催化剂的孔径小于2纳米时,气体分子与催化剂孔壁的碰撞几率远大于分子间的碰撞几率,扩散阻力非常大,分子间的碰撞可以忽略。当催化剂的孔径在2纳米-10微米时,气体分子与催化剂孔壁的碰撞和分子间的碰撞都不能忽略,表现在扩散通量和孔径的关系呈现费线性。
我们提供的纳米多孔碳载体的特点是孔径分布非常窄,孔径在10-1000纳米可调,可以用来定制特定反应的催化剂载体。该材料的孔结构也十分有特色,内部是三维贯通的纳米孔道结构,每个孔与周围12个孔相连,呈现肚大口小的特点,可谓是肚大能容,催化剂负载后被限制在孔洞内,不易团聚。另外,该材料经过了表面改性,孔道内壁修饰了大量的羟基,有利于催化剂均匀负载的同时,还提供了和金属纳米颗粒更强的键合作用,让金属纳米颗粒无法移动。
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