催化剂失活的原因都有哪些？

编 辑 | 化工活动家

编 写 | 化工活动家

关键词 | 催化剂  失活  原因分析

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导 读

催化剂在使用过程中其活性随着使用时间的增长而降低，催化剂的失活甚至可以导致反应系统的非稳态操作。催化剂失活与多种因素有关，这些因素的定性定量分析极其复杂困难。

影响催化剂失活的原因很多。有人把它们基本归纳为两类：一是化学变化引起的失活；二是结构改变引起的失活。还有人归纳为三类：即化学失活、热失活和机械失活。

其实催化剂失活万变不离其宗，我们可以简单划分为中毒、结焦和堵塞、烧结和热失活三大类来进行讨论。

PART 1

中毒引起的失活

①毒物分析

催化剂的活性由于某些有害杂质的影响而下降称为催化剂中毒，这些物质称为毒物。在大部分情况下，毒物来自进料中的杂质，也有因反应产物(如平行反应或连串反应的毒产物)强烈吸附于活性位而导致的催化剂中毒。通常所说的毒物都是相对于特定的催化剂和特定的催化反应而言的，下面就列出了一些催化剂上进行反应的毒物。

②中毒类型

既然中毒是由于毒物和催化剂活性纽份之问发生了某种相互作用，则可以根据这种相互作用的性质和强弱程度将毒物分成三类：

(1) 暂时中毒(可逆中毒)

毒物在活性中心上吸附或化台时，生成的键强度相对较弱可以采取适当的方法除去毒物，使催化剂活性恢复而不会影响催化剂的性质，这种中毒叫做可逆中毒或暂时中毒。

(2) 永久中毒(不可逆中毒)

毒物与催化剂活性组份相互作用，形成很强的的化学键．难以用一般的方法将毒物除去以使催化剂活性恢复，这种中毒叫做不可逆中毒或永久中毒。

(3) 选择性中毒

催化剂中毒之后可能失去对某一反应的催化能力，但对别的反应仍有催化活性，这种现象称为选择中毒。在连串反应中，如果毒物仅使导致后继反应的活性位中毒，则可使反应停留在中间阶段，获得高产率的中间产物。

PART 2

结焦和堵塞引起的失活

催化剂表面上的含碳沉积物称为结焦。以有机物为原料以固体为催化荆的多相催化反应过程几乎都可能发生结焦。由于含碳物质和（或）其它物质在催化剂孔中沉积，造成孔径减小(或孔口缩小)，使反应物分子不能扩散进入孔中，这种现象称为堵塞。所以常把堵塞归并为结焦中，总的活性衰退称为结焦失活，它是催化剂失活中最普遍和常见的失活形式。通常含碳沉积物可与水蒸气或氢气作用经气化除去，所以结焦失活是个可逆过程。与催化剂中毒相比，引起催化剂结焦和堵塞的物质要比催化剂毒物多得多。

结焦按反应性质不同，可以分为非催化结焦和催化结焦两类。非催化结焦是指在气相或非催化表面上生成焦油和碳的过程。非催化结焦的反应温度通常比催化反应温度高得多，所以在正常催化反应条件下，催化结焦是导致催化剂失活的主要因素。

催化结焦与多种因素有关，例如与位置选择性失活有关、与特定位置失活有关、与酸度和孔结构有关，与金属粒子结构有关等。当然，焦沉积的数量还和催化剂床层的深度等反应体系以及制备方法有关。

结焦失活会引起催化剂的表面积和孔隙率的变化，从而造成反应气体扩散率降低，反应产率下降。

PART 3

烧结和热失活

催化剂的烧结和热失活是指由高温引起的催化剂结构和性能的变化。高温除了引起催化剂的烧结外．还会引起其它变化，主要包括：化学组成和相组成的变化，半熔，晶粒长大，活性组分被载体包埋，活性组分由于生成挥发性物质或可升华的物质而流失等。事实上，在高温下所有的催化剂都将逐渐发生不可逆的结构变化，只是这种变化的快慢程度随着催化剂不同而异。

 

当然催化剂失活的原因是错综复杂的，每一种催化剂失活并不仅仅按上述分类的某一种进行，往往是由两种或两种以上的原因引起的。