超声强化在催化剂制备和催化反应中应用.pdfVIP

第4l卷 第11期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．41 No．1l 2012年 11月 Technology＆ DevelopmentofChemicalIndustry NOV．2012 超声强化在催化剂制备及催化反应中的应用 杨永辉 (安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南 232001) 摘 要：超声空化作用产生的极端微环境可以强化界面问的化学反应过程和传质及传热过程，使声化学反应表 现出极大的优越性。在催化剂制备过程中，超声空化现象及附加效应可以改善催化剂的表面形态和表面组成 ，提高 活性组分在载体上的分散性 ，从而明显改善催化剂的催化性能等。综述了近年来超声强化在催化化学领域应用研 究的新进展 ，包括超声技术在催化剂制备及催化反应中的应用 ，并探讨了超声强化应用中存在的问题及发展趋势。 关键词 ：声化学；超声空化；超声制备；催化 中图分类号：TQ426．6 文献标识码 ：A 文章编号：1671．9905(2012)11-0032—03 超声波是指振动频率较高的物体在介质中所产 主动力。超声对化学反应的影响主要来源于空化作 生的频率高于20kHz的弹性波。超声波作为一种 用(Cavitationo空化是指存在于液体中的微小气 波动形式，可以用来作为探测与负载信息的载体或 泡核在声场作用下振动、生长和崩溃的动力学过程， 媒介；作为一种能量形式，当其强度超过一定值时， 是集 中声场能量并迅速释放的过程。空化作用的具 可以通过它与传声媒质的相互作用 ，去影响、改变甚 体过程包括：气泡的形成、成长和崩溃。当空化泡崩 至破坏后者的状态、性质及结构。 溃时，局部可产生5000K以上的高温和 50MPa以上 早在 1927年，Richards等首次报道了超声波对 的高压，温度变化率高达 109K ·s～，并伴以强烈的 化学反应所起的影响，他们发现超声波有加速硫酸二 冲击波以及时速高达400km的射流，这样的极端微 甲酯水解和亚硫酸还原碘化钾的作用 l】『。超声波技 环境就有可能为一些化学反应开启新的通道，因而 术作为一种物理手段和工具，能够在化学反应常用的 声化学反应表现出极大的优越性 l41。 介质中产生一系列接近于极端的条件，如急剧的放 超声空化所引发的物理、机械、热效应、生物效 电、产生局部的和瞬间的高温、高压等，这种能量不仅 应和化学效应等在工业上具有广阔的应用潜力。在 能够激发或促进许多化学反应，加快化学反应速度， 催化反应过程中，超声空化产生的高速微射流会使 甚至还可以改变某些化学反应的方向2【】。直到20世 界面之间形成强烈的机械搅拌效应，能增大非均相 纪80年代后期，超声波化学 (Son~hemistry)才发展成 反应界面并使反应界面迅速更新，同时所产生的涡 为新兴的交叉学科。随着声化学的发展，超声波在催 流效应会突破层流边界层的限制，从而强化界面问 化剂制备及催化反应中的应用 日益增多。在催化反 的化学反应过程和传质及传热过程。在催化剂制备 应领域，超声更发挥了其独特的作用，利用超声产生 过程中，超声空化产生的瞬时高温、高压局部环境， 的空化现象及附加效应，可以改善催化剂的表面形 导致固液体系中分子间强烈的碰撞和聚集，对催化 态，提高催化活性组分在载体上的分散l生等pI。 剂固体表面形态和表面组成都有极其重要的作用 。 本文综述了超声波在催化剂制备及催化反应领 2 超声强化在催化剂制备中的应用 域中的应用现状及进展，并探讨了其存在的问题和 研究方 向。 在催化剂制备过程中，利用超声产生的空化现