催化剂中毒：定义、过程及应用实例
催化剂中毒：定义、过程及应用实例
催化剂中毒是化学工业中的一个重要概念，它不仅影响催化剂的活性和效率，还可能被用于提高反应的选择性。本文将详细介绍催化剂中毒的定义、过程、选择性中毒及其在不同应用场景中的实例。
催化剂中毒
催化剂中毒是指催化剂被化合物部分或全部失活。中毒专门指化学失活，而不是催化剂降解的其他机制，例如热分解或物理损坏。虽然通常是不希望的，但中毒可能有助于提高催化剂的选择性（例如Lindlar催化剂）。一个重要的历史例子是含铅燃料使催化转化器中毒。
Pd催化剂中毒
有机官能团和无机阴离子通常具有强烈吸附到金属表面的能力。常见的催化剂毒物包括一氧化碳、卤化物、氰化物、硫化物、亚硫酸盐、磷酸盐、亚磷酸盐和有机分子，例如腈、硝基化合物、肟和含氮杂环。由于过渡金属的性质，试剂会改变它们的催化性能。Lindlar催化剂是通过在碳酸钙(CaCO3)浆液中还原氯化钯，然后用醋酸铅中毒来制备的。在一个相关的案例中，Rosenmund将酰卤还原为醛，
中毒过程
中毒通常涉及与催化剂活性位点化学键合的化合物。中毒会减少活性位点的数量，因此反应物分子在进行反应之前必须通过孔结构扩散的平均距离会增加。结果，中毒位点不再能加速催化剂应该催化的反应。Haber-Bosch工艺中氨等物质的大规模生产包括从产品流中去除潜在毒物的步骤。当中毒反应速度相对于扩散速度较慢时，毒物将均匀地分布在整个催化剂中，并导致催化剂的均匀中毒。相反，如果反应速度比扩散速度快，
选择性中毒
如果催化剂和反应条件表明效率低，则可能会观察到选择性中毒，其中仅一小部分催化剂表面中毒会导致活性不成比例地大幅下降。
选择性中毒的好处
通常，催化剂中毒是不希望的，因为它会导致昂贵金属或其配合物的浪费。然而，催化剂的中毒可用于提高反应的选择性。中毒可以使选择性的中间体被分离出来并产生所需的最终产品。
加氢脱硫催化剂
在石油产品的提纯中，采用加氢脱硫工艺。使用H2还原硫醇，例如噻吩，以产生H2S和不同链长的烃。常用的催化剂是钨和硫化钼。将钴和镍添加到任一边缘或将它们部分结合到晶格结构中可以提高催化剂的效率。催化剂的合成产生了一种负载型杂化物，可防止钴核中毒。
其他示例
- 在汽车中使用的催化转化器中，四乙基铅被转化为元素铅，铅与催化剂中存在的金属形成合金，从而降低了转化器减少NOx排放的能力。
- 在使用铂催化剂的燃料电池中，燃料必须不含硫和一氧化碳，除非使用脱硫系统。
- 用于生产聚烯烃（例如聚乙烯、聚丙烯等）的齐格勒-纳塔催化剂会因水和氧气而中毒。这种中毒适用于烯烃聚合的均相催化剂和多相催化剂。这需要纯化单体（乙烯、丙烯等）。