多相催化過程

    多相催化發生在兩相的界面上，通常催化劑為多孔材料，反應物為液體或氣體。在篩選催化劑時，最好要去除內擴散限制。當存在內擴散限制時，內擴散步成為擴散、吸附、反應、脫附、擴散等步驟的速控步。催化劑評價得出的結果不能完全反應出催化劑的本征性質，由于反應物的有效擴散與催化劑顆粒孔結構關系更大，當催化劑顆粒大小及且其它評價條件也相同時，評價結果只能反映孔道結構與催化劑化學性質的總效果，而不是完全的本征性質。這對我們探討多相催化劑的構效關系是不利的，有時甚至會產生誤導，比如當內擴散限制存在時，過程對反應溫度的敏感程度常遠低于本征情況做評價沒有必要做內外擴散試驗，只有在做動力學時必須做內外擴散實驗，以保證反應是表面反應控制。對于氣-固相催化反應來說，包括七個步驟：

（1）反應物分子由氣流主體向催化劑外表面擴散；

（2）反應物分子由催化劑外表面向微孔內表面擴散；

（3）反應物分子在催化劑內表面上被吸附；

（4）吸附的反應物分子在催化劑內表面上發生化學反應，轉化成產物；

（5）反應后的產物分子從催化劑內表面脫附下來；

（6）脫附下來的產物分子從微孔內向催化劑外表面擴散；

（7）產物分子從催化劑外表面向氣流主體擴散。

對于這種串聯發生的七個步驟來說，如果其中的某一步驟的速度與其他各步的速度相比要慢的多，以致整個反應的速度就取決于這一步驟，那么該步驟就成為控制步驟。對于氣-固非均相催化反應來說其總過程的速度可能有以下三種情況：

（1）外擴散控制：如果氣流主體與催化劑外表面間的傳質速度相對于其他各步速度來說很慢，則外擴散速度就控制反應的總過程速度。若反應為外擴散控制，則若要提高總過程的速度的話，只有通過加快外擴散速度的措施才能奏效。例如增大外表面積或改善氣體流動性質和加大氣流速度。

（2）內擴散控制：如果微孔內的擴散速度相對于其他各步來說很慢，內擴散速度就控制了反應的總過程速度。

（3）反應控制（或動力學控制）：由于在氣-固催化反應過程中的吸附和脫附均伴有化學鍵的變化，屬于化學反應過程。因此常把吸附、表面反應、脫附合在一起統稱為化學反應過程。對于排除了內、外擴散控制的影響而得到的純粹是化學反應過程的動力學方程式，稱為本征動力學方程。在研究動力學時，必須設法消除內、外擴散的影響才能真正確定反應的本征動力學方程。