催化剂载体炭在工业生产中的应用十分广泛,以下是一些具体应用:
石油化工领域
加氢反应:在石油炼制过程中,常使用活性炭负载金属催化剂,如钯、铂等,用于加氢精制反应。可将石油中的含硫、含氮、含氧化合物转化为相应的硫化氢、氨和水等,从而提高油品质量。
重整反应:以炭纳米管或石墨烯负载的贵金属催化剂,能够提高重整反应的活性和选择性,使低辛烷值的汽油馏分转化为高辛烷值的芳烃和异构烷烃,从而提高汽油的品质。
精细化工领域
醛酮加氢:在生产醇类化合物时,使用活性炭负载铜、镍等催化剂,可高效催化醛酮的加氢反应,具有较高的活性和选择性,能够得到高纯度的醇产品。
硝基化合物还原:在制备芳香胺类化合物时,通常采用活性炭负载钯、铂等贵金属催化剂,催化硝基化合物的加氢还原反应,该反应具有条件温和、选择性好等优点,可大幅提高生产效率和产品质量。
环境保护领域
废气处理:利用活性炭负载金属氧化物或贵金属催化剂,可有效催化氧化挥发性有机化合物(VOCs)。例如,在活性炭上负载二氧化锰、氧化铜等金属氧化物催化剂,能将工业废气中的苯、甲苯、二甲苯等 VOCs 转化为二氧化碳和水,从而实现达标排放。
废水处理:活性炭负载铁、铜等金属催化剂可用于催化湿式氧化法处理高浓度有机废水。在高温高压条件下,催化剂能够加速废水中有机物的氧化分解,将难降解的有机物转化为二氧化碳和水,从而降低废水的化学需氧量(COD)和生物需氧量(BOD)。
能源领域
燃料电池:在质子交换膜燃料电池中,常采用石墨烯负载铂或铂合金催化剂作为电极材料。石墨烯具有优异的导电性和较大的比表面积,能够提高铂催化剂的分散度和利用率,降低催化剂的用量,同时增强电极的催化活性和稳定性,从而提高燃料电池的性能和使用寿命。
电解水制氢:炭纳米管负载镍、钴等过渡金属催化剂可用于电解水制氢反应。炭纳米管的一维结构有利于电子传输,能够提高催化剂的活性和稳定性,降低电解水的过电位,从而提高制氢效率,降低能耗。