活性炭作為催化劑和催化劑載體的應(yīng)用方法
活性炭因具有發(fā)達(dá)的孔逍結(jié)構(gòu)、較高的比表面和強(qiáng)度，廣泛用作劑，達(dá)到吸附脫除、凈化或回收液體或氣體中某一或某些組分的目的,與分子篩和氧化鋁一樣，活性炭還被用作催化劑和催化劑載體等，具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和表面化學(xué)性質(zhì)容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。
第一次世界大戰(zhàn)期間，由于德軍將氯氣（1915年）應(yīng)用于戰(zhàn)爭(zhēng)，致使世界各國(guó)開(kāi)始研究防羝面具用活性炭。其間，發(fā)現(xiàn)了通過(guò)金屬鹽類(lèi)浸瀆鈞活性炭可以加快對(duì)有毒氣體的分解，從而開(kāi)創(chuàng)了活性炭作為催化劑載體的研究。
活性炭作為接觸催化劑用于各種異構(gòu)化、聚合、氧化和鹵化反應(yīng)中，它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。
活性炭在化學(xué)工業(yè)中常用作催化劑載體，即將有催化活性的物質(zhì)沉積在活性炭上，一起用作催化劑。這時(shí)，活性炭的作用并不限于負(fù)載活叱麪，它對(duì)催化劑的活性、選擇性和使用壽命都有重大的影響，具省助催化的作用。本章就活性炭作為催化劑和催化劑載體的應(yīng)用進(jìn)介紹。
活性炭的催化作用
活性炭對(duì)多種反應(yīng)具有催化能力，通過(guò)實(shí)踐和研究得知?很多金?和金厲氯化物的催化活性取決于活性中心的存在，而活性中心大多是結(jié)晶的缺陷?；钚蕴恐械奈⒕в纱罅康牟伙柡蛢r(jià)鍵構(gòu)成（特別是沿著晶格的邊緣）， 這些不飽和價(jià)鍵具有類(lèi)似于結(jié)晶缺陷的結(jié)構(gòu)，從而使活性炭具有了催化活性.如果從活性炭催化的作用點(diǎn)（主要是生成物）解釋活性炭的作用，大概可分為電子傳導(dǎo)性和基于電子傳導(dǎo)性的表面游南基，以及表面氧化坊官能團(tuán)(包括酸性官能團(tuán)、中性官能團(tuán)和堿性官能團(tuán)）等作用，這些官能團(tuán)的存在對(duì)活性炭的催化性能有著重要的影響。
活性炭對(duì)電子傳導(dǎo)作用
經(jīng)800?1700攝氏度熱處理的活性炭，結(jié)晶大小為15?80A，電阻為0.005n'Cm， 導(dǎo)帶和區(qū)域的能量范圍是0.15?0.03eV，即位于所渭的半導(dǎo)體區(qū)域。它和一般無(wú)機(jī)物載體之間的區(qū)別在于，使吸附物之間、載體之間或載體和吸附物之間變得可以進(jìn)行電子授受，一般認(rèn)為，在釕-鉀-活性炭催化劑上'不對(duì)稱(chēng)電子被進(jìn)一歩供給釘，提高了甩對(duì)釘?shù)挠H和性，而出現(xiàn)了合成氨的活性。此外，在有活性炭進(jìn)行金屬離子的氧化反應(yīng)中，表面氧化物不參與反應(yīng)，它是通過(guò)電子從低原子價(jià)狀態(tài)的金屬離子向吸附氧或質(zhì)子的移動(dòng)而進(jìn)行氧化的。
活性炭的表面游離基是什么
活性炭表面存在不對(duì)稱(chēng)電子，除用氯化鋅等活化方法制得的活性炭以外，還可以看到電子自旋共振信號(hào)強(qiáng)度和炭的熱處理溫度之間存在著密切的關(guān)系，另外，活性炭上游離基的g值和自由電子的g值極其接近。但是， H*如果用濃硝酸氧化活性炭，同時(shí)添加堿金屬、白金族金屬，結(jié)果能夠看到數(shù)量相當(dāng)多的游離基,另一方面，活性炭催化反應(yīng)中有很多是無(wú)催化性也能進(jìn)行的反應(yīng)（多數(shù)是游離基反應(yīng))，例如鹵化S換反應(yīng)，脫鹵化氫反應(yīng)，N0、 Fe2+、 Pd、環(huán)己的氧化反應(yīng)，鏈烷烴的氧化脫氮反應(yīng)及脫氫反應(yīng)等。
活性炭催化劑上有存在與離子反應(yīng)中特征性的、生成烯烴類(lèi)的碳鏈異構(gòu)化作用，可以認(rèn)為基本上進(jìn)行的是游離基反應(yīng)，且反應(yīng)分解物比較少、脫氫產(chǎn)物多以及分解物的碳的分布一致，這暗示分子內(nèi)不對(duì)稱(chēng)電子的移動(dòng)快，即所吸附的游離基成為反應(yīng)中間體的這一作用，一般認(rèn)為，在脫氫反應(yīng)中最初反應(yīng)下。事實(shí)上，在添加了堿金屬的活性炭上，氫呈可逆性的化學(xué)吸附。游離基隨著氫的吸附而減少，隨著氫的解吸而增加，這表明在表面游離基上發(fā)生了氫的離解吸附。
另外，在氧化反應(yīng)中，吸附氧起著重要的作用。由于氧的吸附表面游離基減少，并按式（4-2）的吸附進(jìn)行；此外，也有報(bào)逍指出，通過(guò)y射線(xiàn)的照射，使活性炭上的不對(duì)稱(chēng)電子濃度增大，從而使催化活性增大，因此活性炭可作為固體游離基催化劑使用。
