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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)達的孔逍結(jié)構(gòu)、較高的比表面和強度，廣泛用作劑，達到吸附脫除、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、環(huán)保和表面化學(xué)性質(zhì)容易調(diào)節(jié)等優(yōu)點。
   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，致使世界各國開始研究防羝面具用活性炭。其間，發(fā)現(xiàn)了通過金屬鹽類浸瀆鈞活性炭可以加快對有毒氣體的分解，從而開創(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，活性炭的作用并不限于負載活叱麪，它對催化劑的活性、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)用進介紹。

活性炭的催化作用
活性炭對多種反應(yīng)具有催化能力，通過實踐和研究得知?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。活性炭中的微晶由大量的不飽和價鍵構(gòu)成（特別是沿著晶格的邊緣）， 這些不飽和價鍵具有類似于結(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（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(包括酸性官能團、中性官能團和堿性官能團）等作用，這些官能團的存在對活性炭的催化性能有著重要的影響。

活性炭對電子傳導(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。它和一般無機物載體之間的區(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行電子授受，一般認為，在釕-鉀-活性炭催化劑上'不對稱電子被進一歩供給釘，提高了甩對釘?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)，它是通過電子從低原子價狀態(tài)的金屬離子向吸附氧或質(zhì)子的移動而進行氧化的。

活性炭的表面游離基是什么

活性炭表面存在不對稱電子，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強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)中有很多是無催化性也能進行的反應(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、生成烯烴類的碳鏈異構(gòu)化作用，可以認為基本上進行的是游離基反應(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)不對稱電子的移動快，即所吸附的游離基成為反應(yīng)中間體的這一作用，一般認為，在脫氫反應(yīng)中最初反應(yīng)下。事實上，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）的吸附進行；此外，也有報逍指出，通過y射線的照射，使活性炭上的不對稱電子濃度增大，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。