载体是固体催化剂中主催化剂和助催化剂的分散剂、黏合剂和支撑体。催化剂载体炭载体的作用可以归纳为如下几个方面。
1.分散作用
多相催化是一种界面现象,因此要求催化剂的活性组分具有足够的表面积,这就需要提高活性组分的分散度,使其处于微米级或原子级的分散状态。而载体可以将活性组分分散为很小的粒子,并保持其稳定性。例如将贵金属Pt负载于Al2O3载体上,Pt被分散为纳米级粒子,成为高活性催化剂,进而使贵金属的利用率大大提高。
2.稳定化作用
载体可以对催化剂起到防止活性组分的微晶发生半熔或再结晶的稳定化作用。载体能把微晶阻隔开,防止微品在高温条件下迁移。例如,烃类蒸气转化制氢催化剂,选用铝镁尖晶石做载体时,可以防止活性组分Ni微晶晶粒在高温(1073K)下长大。
3.支撑作用
载体可赋予固体催化剂一定的形状和大小,使之符合工业反应对催化剂流体力学条件的要求。载体还可以使催化剂具有一定的机械强度,在使用过程中使其不破碎或粉化,以避免催化剂床层阻力增大,从而使流体分布均匀,保持工艺操作条件稳定。
4.传热和稀释作用
对于强放热或强吸热反应,通过选用导热性好的催化剂载体,可以及时移走反应热量,进而防止催化剂表面温度过高。对于高活性的活性组分,加入适量载体可起稀释作用,降低单位容积催化剂的活性,以确保热平衡。载体的这两种作用都可以使催化剂床层反应温度恒定,同时也使得活性组分的热稳定性得到提高。
5.助催化作用
载体除上述物理作用外,还有化学作用。催化剂的活性、选择性和稳定性会因载体和活性组分或助催化剂产生化学作用而发生变化。在高分散负载型催化剂中,由于氧化物载体可能对金属原子或离子活性组分发生强相互作用或诱导效应进而产生助催化作用。另一方面,载体的酸碱性质还可与金属活性组分产生多功能催化作用,使载体也成为活性组分的一部分,组成双功能催化剂。