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催化劑
本詞條是多義詞，共3個義項
1836年貝采里烏斯提出的概念
發(fā)現(xiàn)
催化劑
貝采里烏斯發(fā)現(xiàn)，原來酒杯里有少量黑色粉末。他瞧瞧自己的手，發(fā)現(xiàn)手上沾滿了在實驗室研磨白金時給沾上的鉑黑。他興奮地把那杯酸酒一飲而盡。原來，把酒變成醋酸的魔力是來源于白金粉末，是它加快了乙醇（酒精）和空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，生成了醋酸。后來，人們把這一作用叫做觸媒作用或催化作用，希臘語的意思是“解去束縛”。
1836年，他還在《物理學與化學年鑒》雜志上發(fā)表了一篇論文，首次提出化學反應中使用的“催化”與“催化劑”概念。
基本定義
根據(jù)國際純粹化學與應用化學聯(lián)合會(IUPAC)1981年的定義：催化劑是一種改變反應速率但不改變反應總標準吉布斯自由能的物質(zhì)。這種作用稱為催化作用，涉及催化劑的反應稱為催化反應。
催化劑自身的組成、化學性質(zhì)和質(zhì)量在反應前后不發(fā)生變化；它和反應體系的關系就像鎖與鑰匙的關系一樣，具有高度的選擇性（或?qū)Ｒ恍裕?。一種催化劑并非對所有的化學反應都有催化作用；某些化學反應并非只有唯一的催化劑。
其他定義
也有一種說法，催化劑參與化學反應。在一個總的化學反應中，催化劑的作用是降低該反應發(fā)生所需要的活化能，本質(zhì)上是把一個比較難發(fā)生的反應變成了兩個很容易發(fā)生的化學反應（與之相反的稱為抑制劑）。在這兩個反應中，第一個反應中催化劑扮演反應物的角色，第二個反應中催化劑扮演生成物的角色，所以說從總的反應方程式上來看，催化劑在反應前后沒有變化。
一般來說，催化劑是指參與化學反應中間歷程的，又能選擇性地改變化學反應速率，而其本身的數(shù)量和化學性質(zhì)在反應前后基本保持不變的物質(zhì)。通常把催化劑加速化學反應，使反應盡快達到化學平衡的作用叫做催化作用，但并不改變反應的平衡。
特征
催化反應有四個基本特征，可以根據(jù)定義導出，對了解催化劑的功能很重要。
1、催化劑只能加速熱力學上可以進行的反應。要求開發(fā)新的化學反應催化劑時，首先要對反應進行熱力學分析，看它是否是熱力學上可行的反應。
3、催化劑對反應具有選擇性，當反應可能有一個以上不同方向時，催化劑僅加速其中一種，促進反應速率和選擇性是統(tǒng)一的。
4、催化劑的壽命。催化劑能改變化學反應速率，其自身并不進入反應，在理想情況下催化劑不為反應所改變。但在實際反應過程中，催化劑長期受熱和化學作用，也會發(fā)生一些不可擬的物理化學變化。
根據(jù)催化劑的定義和特征分析，有三種重要的催化劑指標：活性、選擇性、穩(wěn)定性。
催化劑的組成
絕大多數(shù)催化劑有三類可以區(qū)分的組分：活性組分、載體、助催化劑。
助催化劑
助催化劑是加入到催化劑中的少量物質(zhì)，是催化劑的輔助成分，其本身沒有活性或者活性很小，但是它們加入到催化劑中后，可以改變催化劑的化學組成、化學結構、離子價態(tài)、酸堿性、晶格結構、表面結構、孔結構、分散狀態(tài)、機械強度等，從而提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命。
主要分類
均相催化
催化劑和反應物同處于一相，沒有相界存在而進行的反應，稱為均相催化作用，能起均相催化作用的催化劑為均相催化劑。均相催化劑包括液體酸、堿催化劑和色可賽思固體酸和堿性催化劑、可溶性過渡金屬化合物(鹽類和絡合物)等。均相催化劑以分子或離子獨立起作用，活性中心均一，具有高活性和高選擇性。
多相催化
多相催化劑又稱非均相催化劑，用于不同相（Phase）的反應中，即和它們催化的反應物處于不同的狀態(tài)。例如：在生產(chǎn)人造黃油時，通過固態(tài)鎳（催化劑），能夠把不飽和的植物油和氫氣轉(zhuǎn)變成飽和的脂肪。固態(tài)鎳是一種多相催化劑，被它催化的反應物則是液態(tài)（植物油）和氣態(tài)（氫氣）。一個簡易的非均相催化反應包含了反應物（或zh-ch:底物;zh-tw:受質(zhì)）吸附在催化劑的表面，反應物內(nèi)的鍵因斷裂而導致新鍵的產(chǎn)生，但又因產(chǎn)物與催化劑間的鍵并不牢固，而使產(chǎn)物脫離反應位等過程。現(xiàn)已知許多催化劑表面發(fā)生吸附、反應的不同的結構。
生物催化
酶是生物催化劑，是植物、動物和微生物產(chǎn)生的具有催化能力的有機物（絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)。但少量RNA也具有生物催化功能），舊稱酵素。酶的催化作用同樣具有選擇性。例如，淀粉。酶催化淀粉水解為糊精和麥芽糖，蛋白酶催化蛋白質(zhì)水解成肽等?；畹纳矬w利用它們來加速體內(nèi)的化學反應。如果沒有酶，生物體內(nèi)的許多化學反應就會進行得很慢，難以維持生命。大約在37℃的溫度中（人體的溫度），酶的工作狀態(tài)是最佳的。如果溫度高于50℃或60℃，酶就會被破壞掉而不能再發(fā)生作用。因此，利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑，在低溫下使用最有效。酶在生理學、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等方面，都有重大意義。當前，酶制劑的應用日益廣泛。
制備方法
制造催化劑的每一種方法，實際上都是由一系列的操作單元組合而成。為了方便，人們把其中關鍵而具特色的操作單元的名稱定為制造方法的名稱。傳統(tǒng)的方法有機械混合法、沉淀法、浸漬法、溶液蒸干法、熱熔融法、浸溶法（瀝濾法）、離子交換法等，現(xiàn)發(fā)展的新方法有化學鍵合法、纖維化法等。
1、機械混合法
將兩種以上的物質(zhì)加入混合設備內(nèi)混合。此法簡單易行，例如轉(zhuǎn)化-吸收型脫硫劑的制造，是將活性組分（如二氧化錳、氧化鋅、碳酸鋅）與少量粘結劑(如氧化鎂、氧化鈣)的粉料計量連續(xù)加入一個可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和傾斜度的轉(zhuǎn)盤中，同時噴入計量的水、粉料滾動混合粘結，形成均勻直徑的球體，此球體再經(jīng)干燥、焙燒即為成品。
2．沉淀法
此法用于制造要求分散度高并含有一種或多種金屬氧化物的催化劑。在制造多組分催化劑時，適宜的沉淀條件對于保證產(chǎn)物組成的均勻性和制造優(yōu)質(zhì)催化劑非常重要。通常的方法是在一種或多種金屬鹽溶液中加入沉淀劑（如碳酸鈉、氫氧化鈣），經(jīng)沉淀、洗滌、過濾、干燥、成型、焙燒(或活化),即得最終產(chǎn)品。
3．浸漬法
將具有高孔隙率的載體（如硅藻土、氧化鋁、活性炭等）浸入含有一種或多種金屬離子的溶液中，保持一定的溫度，溶液進入載體的孔隙中。將載體瀝干，經(jīng)干燥、煅燒，載體內(nèi)表面上即附著一層所需的固態(tài)金屬氧化物或其鹽類。
4．噴霧蒸干法
用于制顆粒直徑為數(shù)十微米至數(shù)百微米的流化床用催化劑。如間二甲苯流化床氨化氧化制間二甲腈催化劑的制造，先將給定濃度和體積的偏釩酸鹽和鉻鹽水溶液充分混合，再與定量新制的硅凝膠混合，泵入噴霧干燥器內(nèi)，經(jīng)噴頭霧化后，水分在熱氣流作用下蒸干，物料形成微球催化劑，從噴霧干燥器底部連續(xù)引出。
5．熱熔融法
熱熔融法是制備某些催化劑的特殊方法，適用于少數(shù)不得不經(jīng)過熔煉過程的催化劑，為的是借助高溫條件將各個組分熔煉稱為均勻分布的混合物，配合必要的后續(xù)加工，可制得性能優(yōu)異的催化劑。
6．浸溶法
從多組分體系中，用適當?shù)囊簯B(tài)藥劑（或水）抽去部分物質(zhì)，制成具有多孔結構的催化劑。例如骨架鎳催化劑的制造，將定量的鎳和鋁在電爐內(nèi)熔融，熔料冷卻后成為合金。將合金破碎成小顆粒，用氫氧化鈉水溶液浸泡，大部分鋁被溶出（生成偏鋁酸鈉），即形成多孔的高活性骨架鎳。
7．離子交換法
發(fā)展過程
我國第一個催化劑生產(chǎn)車間是永利铔廠觸媒部，1959年改名南京化學工業(yè)公司催化劑廠。于1950年開始生產(chǎn)AI型合成氨催化劑、C-2型一氧化碳高溫變換催化劑和用于二氧化硫氧化的Ⅵ型釩催化劑，以后逐步配齊了合成氨工業(yè)所需各種催化劑的生產(chǎn)。80年代中國開始生產(chǎn)天然氣及輕油蒸汽轉(zhuǎn)化的負載型鎳催化劑。至1984年已有40多個單位生產(chǎn)硫酸、硝酸、合成氨工業(yè)用的催化劑。
為發(fā)展燃料化工，50年代初期，石油三廠開始生產(chǎn)頁巖油加氫用的硫化鉬 -白土、硫化鎢-活性炭、硫化鎢-白土及純硫化鎢、硫化鉬催化劑。石油六廠開始生產(chǎn)費托合成用的鈷系催化劑，1960年起生產(chǎn)疊合用的磷酸-硅藻土催化劑。60年代初期，中國開發(fā)了豐富的石油資源，開始發(fā)展石油煉制催化劑的工業(yè)生產(chǎn)。當時，石油催化裂化催化劑最先在蘭州煉油廠生產(chǎn)，1964年小球硅鋁催化劑廠建成投產(chǎn)。70年代中國開始生產(chǎn)稀土-X型分子篩和稀土-Y型分子篩。70年代末在長嶺煉油廠催化劑廠，開始生產(chǎn)共膠法硅鋁載體稀土-Y型分子篩，以后在齊魯石化公司催化劑廠開始生產(chǎn)高堆比、耐磨半合成稀土-Y型分子篩。60年代起中國即開始發(fā)展重整催化劑，60年代中期石油三廠開始生產(chǎn)鉑催化劑，70 年代先后生產(chǎn)出雙金屬鉑-錸催化劑及多金屬重整催化劑。在加氫精制方面，60年代石油三廠開始生產(chǎn)鉬-鈷及鉬-鎳重整預加氫催化劑。70年代開始生產(chǎn)鉬-鈷-鎳低壓預加氫催化劑，80年代開始生產(chǎn)三葉形的加氫精制催化劑。
為發(fā)展有機化學工業(yè)，50年代末至60年代初開始制造乙苯脫氫用的鐵系催化劑，乙炔加氯化氫制氯乙烯的氯化汞/活性炭催化劑，流化床中萘氧化制苯酐用的氧化釩催化劑，以及加氫用的骨架鎳催化劑等。60年代中期為適應中國石油化工發(fā)展的需要，新生產(chǎn)的催化劑品種迅速增多，至80年代已生產(chǎn)多種精制烯烴的選擇性加氫催化劑，并開始生產(chǎn)丙烯氨化氧化用的微球型氧化物催化劑，乙烯與醋酸氧化制醋酸乙烯酯的負載型金屬催化劑，高效烯烴聚合催化劑以及治理工業(yè)廢氣的蜂窩狀催化劑等。
催化劑在全球各行各業(yè)廣泛使用，未來無論在催化劑的科學理論研究、清潔能源的開發(fā)與利用，環(huán)境保護與提高經(jīng)濟效益以及人類的生存環(huán)境的治理與保護都有極大的發(fā)展前景。簡言之，人類的生存發(fā)展，吃穿住行離不開催化劑及其發(fā)展。
失活原因
催化劑在使用過程中受種種因素的影響，會急劇地或緩慢地失去活性。催化劑失活的原因是復雜的。可以歸納為以下一些種類：
1.永久性失活
催化劑活性組分受某些外來成分的作用（中毒）而失去活性，往往是永久性失活。這些外來成分多是與催化劑的活性組分發(fā)生化學反應或離子交換而導致活性成分發(fā)生變化。如酸性催化劑被堿中和，貴金屬催化劑被硫化物或氮化物中毒等。催化劑中毒的失活往往表現(xiàn)為活性迅速下降。活性組分在使用過程中被磨損或升華造成丟失也導致永久性失活，這類失活往往難以簡單地恢復
2、活性組分被覆蓋而逐漸失活，是非永久性失活。如反應過程產(chǎn)生的積碳，覆蓋了活性組分或堵塞了催化劑的孔道，使反應物無法與活性組分接觸。這些覆蓋物通過一定的方法可以除去，如被積碳而失活可以通過燒炭再生而復活。
3、錯誤的操作導致催化劑失活，如過高的反應溫度，壓力劇烈的波動導致催化劑床層的混亂或粉碎等，這類失活是無法恢復的。
參考資料
[1]
今天我們來聊一個熟悉的化學名詞 · 今日頭條-中科院之聲[引用日期2022-08-15]
[2]
他把“悶悶”的硼原子變成良性催化劑 · 今日頭條-光明網(wǎng)[引用日期2022-08-15]
[3]
《實驗指導與實驗報告》編寫組 . 實驗指導與實驗報告·化學 高中選修4 化學反應原理 人教版 : 湖南教育出版社 ，2016-07 . 26 .
[4]
催化劑應如何準確歸類 · 今日頭條-上觀新聞[引用日期2022-08-15]
[5]
催化劑的失活原因分析 · 中國知網(wǎng)[引用日期2022-08-15]
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