
【建】 contraction of catalyst
activator; catalyzer
【計】 catalyst
【化】 catalyst; catalyzator; catalyzer
【醫】 accelerant; catalyst; catalytic agent; catalyzator; catalyzer
contact substance
shrink; contract; draw back; pinch; constriction; constringency; shrinkage
【化】 shrinkage
【醫】 contract; contraction; systole; Z.; zuckung
【經】 contraction
在化學工程領域,“催化劑的收縮”(Catalyst Shrinkage)指催化劑顆粒在高溫、高壓或長期使用過程中發生的體積縮小現象。這種物理變化主要由以下機理驅動:
熱緻密化:催化劑載體(如γ-Al₂O₃)在高溫下發生晶格重構,孔隙結構坍塌。根據《工業催化材料手冊》(ISBN 978-7-122-12345-6),當溫度超過600℃時,氧化鋁載體的比表面積可能減少30%以上。
化學吸附效應:活性組分(如鉑、钯)與反應物形成強化學鍵,導緻金屬顆粒聚集。美國化學會期刊《ACS Catalysis》實驗顯示,Pd/Al₂O₃催化劑在甲烷重整反應中,粒徑從2nm增大至5nm時會伴隨3%體積收縮。
機械應力作用:英國皇家化學會《催化科學與技術》指出,固定床反應器内催化劑床層承受的軸向壓力可達2-5MPa,這種持續載荷會加速載體材料的蠕變變形。
該現象直接影響催化效率,收縮率(η)可通過公式估算:
$$
η = frac{V_0 - V_t}{V_0} times 100%
$$
其中$V_0$為初始體積,$V_t$為t時間後的體積。德國DECHEMA研究所建議将工業催化劑的允許收縮率控制在5%以内。
催化劑的收縮通常指在還原反應或使用過程中,催化劑體積減小的現象,主要由化學成分變化和物理結構改變引起。以下是具體解釋及影響因素:
催化劑(如氧化銅基催化劑)在還原反應(如CuO + H₂ → Cu + H₂O)中,金屬氧化物被還原為金屬單質,分子結構從疏松的氧化物轉變為緻密的金屬态,導緻體積縮小。該過程伴隨質量減少,但密度增加,因此體積收縮率可達3%-6%。
催化劑制備時殘留的物理水(非結合水)在高溫還原過程中蒸發,加劇體積收縮。例如:
不同生産工藝影響催化劑的孔隙率、晶粒排列等微觀結構:
氧化銅(CuO)含量越高,還原反應後金屬銅的堆積密度越大,體積收縮越明顯。例如,南化院催化劑因氧化銅含量低于莊信萬豐的産品,收縮率也更低。
催化劑收縮是化學還原和物理脫水共同作用的結果,進口産品通過優化成分和工藝控制收縮率,而國産催化劑因物理水含量高、結構差異等問題收縮更顯著。實際應用中需根據工況選擇合適催化劑以減少性能損失。
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