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【催化基础知识普及】整体式催化剂（monolithic catalysts）
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【催化基础知识普及】整体式催化剂
构件化催化剂传统的颗粒状催化剂存在着一些明显的缺点，即催化剂床层压降大，反应物在催化剂颗粒表面分布不均以及催化剂床层各点温度梯度大等。构件化催化剂（Structured catalysts）能克服上述不足，还能强化化学过程，形成更为紧凑、清洁和节能的新工艺，成为当今多相催化领域中最具发展潜力的研究方向之一。
根据在反应器中径向传质速度的大小，构件化催化剂一般可分为三种类型：
根据在反应器中径向传质速度的大小，构件化催化剂一般可分为三种类型：
- 整体式催化剂（monolithic catalysts）；
- 膜催化剂（membrane catalysts）；
- 排列式催化剂（:arranged catalysts).
具体可以参考文献：A.Cybulski, structured catalysts and reactors[M], New York: Marcel Dekker, 1998.
本文将对整体式催化剂（monolithic catalysts）做简要介绍，目的在于给刚涉入催化专业的网友提供概念性、基础性的了解。
整体式催化剂
整体式催化剂是近几十年发展起来的新型催化剂，大多为蜂窝形结构,该类催化剂一般以堇青石蜂窝陶瓷为基体，在其表面上涂覆涂层作为第二载体，然后再负载活性组分Pt和Pd等(其中涂层是负载活性组分的媒体，在这类催化剂中起到关键的作用
http://www.bjb.dicp.ac.cn/chxb/2007/2007-07-0635-0640.pdf
整体式催化剂通常是指那些具有许多狭窄、直的或是弯曲的平行通道的整体结构催化剂。由于早期开发的陶瓷载体催化剂的横截面呈蜂窝结构，故又称之谓蜂窝状催化剂。该类催化剂的基本特性是通道内存在有限的径向混合，而相邻通道间几乎无任何传质作用。
整体式催化剂的构造
整体式催化剂的基本构造是由载体、涂层（washcoat）和活性组分三部分组成。
载体
载体不仅起着承载涂层和活性组分的作用，而且还将为催化反应提供合适的流体通道，因此，一个理想构件化催化剂的载体应具备下列条件：
本文将对整体式催化剂（monolithic catalysts）做简要介绍，目的在于给刚涉入催化专业的网友提供概念性、基础性的了解。
整体式催化剂
整体式催化剂是近几十年发展起来的新型催化剂，大多为蜂窝形结构,该类催化剂一般以堇青石蜂窝陶瓷为基体，在其表面上涂覆涂层作为第二载体，然后再负载活性组分Pt和Pd等(其中涂层是负载活性组分的媒体，在这类催化剂中起到关键的作用
http://www.bjb.dicp.ac.cn/chxb/2007/2007-07-0635-0640.pdf
整体式催化剂通常是指那些具有许多狭窄、直的或是弯曲的平行通道的整体结构催化剂。由于早期开发的陶瓷载体催化剂的横截面呈蜂窝结构，故又称之谓蜂窝状催化剂。该类催化剂的基本特性是通道内存在有限的径向混合，而相邻通道间几乎无任何传质作用。
整体式催化剂的构造
整体式催化剂的基本构造是由载体、涂层（washcoat）和活性组分三部分组成。
载体
载体不仅起着承载涂层和活性组分的作用，而且还将为催化反应提供合适的流体通道，因此，一个理想构件化催化剂的载体应具备下列条件：
- 有适合的表面组成和结构，以便在其表面能均匀地负载具有高比表面积的涂层；
- 低的比热和热容，适宜的导热系数，使催化剂能在最短时间内达到反应温度；
- 有足够大的的几何表面积从而减小催化剂的体积；
- 有适宜的几何形状以降低背压；
- 有足够的机械强度，以承受反应过程中的机械和热的冲击。
通常满足上述要求的载体材料有多种，但最常用的是耐高温的陶瓷和金属合金。
- 受制造工艺和技术的限制，陶瓷载体的通道表面都是平直的，其形状主要有正方形和三角形两种。
- 与陶瓷载体相比，金属载体因具有优良的可延展性、导热性、耐高温性、耐腐蚀性及机械强度好等优点而显示出更具潜力的应用前景。其材料一般选用不锈钢或含铝的铁素体合金，其中尤以经特殊处理的耐高温Fe-Cr-Al合金使用最为广泛。
涂层（washcoat）
一般情况下，整体式催化剂载体的表面积都很低（通常小于1m2/g），因此在载体表面涂覆一层高表面积的涂层十分必要。除此之外，涂层还能使催化剂活性组分与载体有效牢固地结合，并能极大地发挥活性组分的作用。目前绝大多数整体式催化剂的涂层材料均为Al2O3，它的比表面积可达200，有较好的耐高温和耐化学腐蚀性，其内孔有利于活性组分的均匀分散。
活性组分
整体式载体涂覆涂层后，还要嵌入活性组分。嵌入活性组分的方法有多种，如浸渍、沉淀、离子交换、原位晶化，这些与在传统催化剂载体上负载活性组分没有本质区别。
整体式催化剂的应用
一般情况下，整体式催化剂载体的表面积都很低（通常小于1m2/g），因此在载体表面涂覆一层高表面积的涂层十分必要。除此之外，涂层还能使催化剂活性组分与载体有效牢固地结合，并能极大地发挥活性组分的作用。目前绝大多数整体式催化剂的涂层材料均为Al2O3，它的比表面积可达200，有较好的耐高温和耐化学腐蚀性，其内孔有利于活性组分的均匀分散。
活性组分
整体式载体涂覆涂层后，还要嵌入活性组分。嵌入活性组分的方法有多种，如浸渍、沉淀、离子交换、原位晶化，这些与在传统催化剂载体上负载活性组分没有本质区别。
整体式催化剂的应用
- 废气净化中的应用
环保领域是整体式催化剂最早也是最成功的应用领域之一。
- 催化燃烧中的应用
- 其他多相催化反应中的应用
20世纪80年代以来，整体式催化剂日益受到人们的关注，除了在环保和燃烧领域得到广泛应用外，在其他化工过程中的应用也越来越多，如甲烷化、烷烃的蒸汽转化，加氢／脱氢反应，制氢反应以及合成汽油等气相反应过程.
整体式催化剂的制备
- 涂层制备方法：
- 浸涂法（Impregnation）
- 溶胶-凝胶法（Sol-gel）
- 化学气相沉积法（CVD）
- 原位反应法（In situ reaction）
- 等离子喷涂法（Plasma-spray）
- 预涂覆法（Precoat），
- 电化学沉积法（Electrochemical deposition）
- 活性组分嵌入
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