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择形催化剂
沸石分子筛催化剂的晶体具有均匀的微孔孔道和孔穴。因为其大多数活性中心都限制在孔结构内,所以只有那些半径较小、能进入孔内的分子可以在内部的活性中心发生反应,并且只有那些能够从孔中扩散出来的分子可以作为产品出现。而其余的分子只能在为数很少的外表面的活性中心上反应。这种因为分子的大小和构形不同产峰的催化选择性,一般称为择形催化作用。沸石分子筛催化剂即为择形催化剂。
择形催化
择形催化是一类分子筛具有的独特催化性能。当这类分子筛作催能荆对,反应在分子筛晶体内孔道中进行;只有那些大小和形状与分子筛孔道相匹配、能够扩散进路孔道韵分子,才能反应生成产物。可使反应向生成目的产物方向逃行,有效抑制副反应发生,大大提高了反应选择性。
例如,将甲苯和乙烯通过择形催化进行烷基化反应,产物中对甲基乙苯盼含量可高选99%左右。ZSM一5系列分子筛是常用的择形催化剂。
择形催化剂优点
当只有一部分反应物的分子能够通过催化剂孔穴而其他分子都不能通过时,可产生对反应物的择形选择性。作为反应物择形选择性的特殊情况,某些分子因其长度适应分子筛空洞的长度,它们能以不同于其他分子的速度反应,这种效应就称为“笼”效应。
如果在沸石分子筛催化剂内表面活性中心上形成的各种产物分子中,只有一部分可以从微孔中扩散出来作为最终产品出现,而其他较大的分子或者裂解成小分子或者由于堵塞孔道使催化剂失活,这时就产生对产物的择形选择性。某些反应因为需形成体积较大的中间产物,难以在分子筛的空洞中实现,这样的反应会受到限制。反之,中间产物比较小的反应可以顺利进行。这时就产生了限制中间状态的择形选择性。
分子择形催化作用的提出和应用,不仅在理论上,而且在实际上都具有重要价值。例如,根据分子择形催化原理,选择一定的条件,就可使反应向所需要的产物方向进行,这样就为直接合成所需产物或提高其产率提供了可能性。所需产物选择性的提高可使分离工艺简化、分离负荷量减少、节省设备投资、降低能耗,从而提高经济效益。下图所示为一些已实现工业化的择形催化过程。