多相催化指在兩相（固-液、固-氣、液-氣）界面上發生的催化反應，工業中使用的催化反應大多屬於多相催化。多相催化發生在催化劑的表面，因此，多相催化反應包含反應物分子在催化劑孔內的擴散、表面上的吸附、表面上的反應以及產物分子的脫附和孔內擴散等過程。對於催化劑來說，吸附中心常常就是催化活性中心。吸附中心和吸附質分子共同構成表面吸附絡合物，即表面活性中間物種。反應物質在催化劑表面上的吸附改變了反應的途徑，從而改變了反應所需要的活化能。沒有吸附就沒有多相催化，多相催化反應機理與吸附和擴散機理是不可分割的。
基本介紹
- 中文名：多相催化
- 外文名：Heterogeneous catalysis
- 特點：發生在兩相界面
- 位置：催化劑表面
- 反應過程：反應物分子的擴散、吸附與脫附
- 吸附中心：催化活性中心
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多相催化反應歷程
在多相催化中有一個單獨的催化劑相，這就使得多相催化反應的過程變得複雜起來。在反應條件下，反應物和產物多數為氣態物質，而催化劑大多數採用多孔固體，其內部的表面積極其廣大，一般每克催化劑的內表面積達數百平方米之多，顆粒的外表面積與之相比微不足道。化學反應主要是在催化劑的內表面上進行的。因此反應組分不僅要向外表面擴散，而且還要向顆粒內部擴散，然後在顆粒內表面上進行反應。產物則沿著相反方向從顆粒內表面向流體主體擴散。因此，多相催化反應要經歷以下步驟：
①反應物向催化劑表面擴散；
②反應物在催化劑內表面上吸附；
③被吸附的反應物在催化劑表面上遷移、化學重排和反應；
④產物從催化劑表面上脫附；
⑤產物由催化劑表面向流動主體擴散。
傳質過程
在反應條件下催化劑顆粒周圍由反應物分子、產物分子和稀釋劑等混合物組分形成一穩定層流層，一個反應物分子必須穿過此層流層才能到達催化劑顆粒的外表面。因為層流層阻礙這種流動，故在顆粒的外表面和氣流層之間形成一濃度梯度。
流體與催化劑外表面處的傳質阻力主要集中在圍繞催化劑顆粒周圍、厚度在1mm以下的層流邊界層內。層內平行於顆粒表面的流體速度變化極大，在顆粒外表面處，流體速度為零，而在邊界層與流體主體的交界處，其速度與流體主體的速度相等。因此流體的物理化學性質、流體力學性質將影響到傳質速率，此外顆粒的粒度也影響到傳遞過程的速率。
傳質係數kG隨流體質量速度增加而增加，因而組分A從流體主體向催化劑外表面傳遞的速率也隨流體質量速度增加而加快。這表明流體質量速度越低，外擴散對多相催化反應過程的影響越大。但大多數情況下，實際生產的流體質量速度相對較大，屬於外擴散控制的多相催化反應過程不多。這種過程多是高溫反應，如在Pt合金網上NH3及CH4氧化成HCN的過程，無孔Ag催化劑上CH3OH氧化成HCHO，在Ag催化劑上濃縮H2O的分解，汽車廢氣淨化器中CO及烴類催化氧化等，外擴散阻力一般不可忽略，甚至為外擴散控制。
