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催化燃烧的特点和机理 [返回]

催化燃烧的特点和机理

 
催化燃烧是典型的气—固相催化反应,通过催化剂降低反应活化能使其在较低的起燃温度200~300℃下进行无焰燃烧,有机物质氧化发生在固体催化剂表面,同时产生CO2和H2O,以及放出大量热量(反应温度低于燃烧温度)
实质:空气中的氧气被催化剂中的活性组分所活化,当活性氧与反应物分子接触时发生了能量的传递,反应物分子随之被活化,从而加快了氧化反应的速率。
催化燃烧的优势

1、起燃温度低能耗少,易达稳定,甚至到起燃温度后无需外接传热就能完成氧化反应。

2、净化效率高,污染物(如NOx及不完全燃烧产物等)的排放水平较低

3、适应氧浓度范围大,噪音小,无二次污染,且燃烧缓和,运转费用低,操作管理方便


催化燃烧的机理

一、催化剂的作用

催化剂的作用像“气—固”反应一样,有机物RH在催化剂作用下完全氧化一般需经以下步骤:

1 反应物分子由固相转移到催化剂表面;
2 通过细孔由外表面向内表面扩散;
3 克服气—固界面膜的阻力被催化剂表面的活性物质吸附(至少吸附一种反应物);
4 被活化的吸附物与另一种活化的吸附物、或物理吸附物、或直接来自气相之间的反应物进行化学反应;
5 反应产物从催化剂表面托付;
6 托付物通过细孔向催化剂外表面扩散;
7 由外表面向气相扩散

二、反应活性化

电子云分布状态及空间结构不同;
不同种类反应物具有不同的反应活性;
分子中所含元素成分不同;
催化剂表面活性结构要求各不相同;
催化剂表面活性中心性质要求各不同。

因此,需要研制具有不同活性成分、表面性质及基团结构的催化剂与之相适应,以提高催化反应的实际效果。

三、混合效应

单一组分的氧化活性与混合组分的氧化活性往往有所不同,存在竞争吸附。
大致规律是:
1 性质与结构类似的分子相互影响小。
2 极性分子与非极性分子共存时有明显影响。
3 含有孤对电子原子的分子对其他共存分子的反应一般都有一定程度的抑制作用,尤其在较低温度时更为明显。

四、O2分子的活化及活性

燃烧反应中,氧是重要因素。
O2分子首先在催化剂表面上活化形成不同类型的活性氧物质,其中有一类氧物质具有极高的氧化活性,在完全氧化反应中其主要作用。
这种“氧物质”是亲电性的,主要进攻反应物分子中电荷密度较大部位(如不饱和键)。
活性较弱的氧物质也并非专管选择性反应,随温度升高、活性增强,亦起完全氧化作用。

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