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cjkong

木虫 (正式写手)

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[交流] 纳米催化技术发展前景

在我国刚刚起步的纳米催化技术，目前尽管仅有Ti02,ZnO、Si02、CaC03等少数品种实现了产业化。但已经显现出了良好的发展前景。在 2004年底结束的纳米科技研讨会上，专家认为，纳米材料具有独特的晶体结构及表面特性，其催化活性和选择性大大高于传统催化剂，可作为新型的催化材料应用于化学工业。
　　无庸置疑随着纳米微粒粒径的减小，表面积逐渐增大，吸附能力和催化性能也随之增强。这些独特效应使纳米催化剂不仅可以控制反应速度，大大提高反应效率，甚至可以使原来不能进行的反应进行。据介绍，纳米金属粒子作为催化剂已成功应用到加氢催化反应中。以粒径小于0．3nm的Ni和Cu-Zn合金的超细微粒为主要成分制成的催化剂，可使有机物加氢的效率比传统镍催化剂提高10倍。纳米Pt粉、WC(碳化钨粉)也是高效的加氢催化剂。超细Ag粉则可以作为乙烯氧化的催化剂。
　　据悉，目前的纳米金属氧化物催化剂有Fe304、Ti02和Ce02等。美国有公司推出的系列纳米CuO抗菌剂已具备商业实用性，这种粒径范围在20~50nm的CuO易加入塑料、合成纤维、黏合剂和涂料中，主要用于防护漆、防污漆和不同涂料的添加剂。而一种稀土氧化物／ZnO复合材料则可作为选择性氧化乙烷制乙烯的催化剂，用其催化的反应，乙烷转化率可达60％，乙烯选择性则高达90％。
　　纳米结晶物质在增加催化剂的活性部位方面具有很大优势。它应用于结构敏感性反应的典型例子是作为光催化反应的催化剂，纳米钙钛矿型复合氧化物就是一种理想的光催化材料。在光催化降解领域采用的光催化剂多为 Ti02、ZnO、Fe203、Sn02等半导体材料，但由于光腐蚀和化学腐蚀的原因，实用性较好的只有 Ti02和ZnO。其中以Ti02的使用最为广泛。
　　以氧化物为载体的负载型纳米金属催化剂具有许多优异性能，其载体种类很多，有氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、沸石及分子筛等。纳米负载型催化剂用Ni／MgO催化甲烷法制得的纳米碳管作催化剂载体，嵌入钾催化剂，经脱氧、净化处理后，用于合成氨的催化反应中，合成氨的产率大大高于同条件常用催化剂的产率．而且纳米碳管表面更趋于碱性，有利于生成的氨脱附。
　　纳米结构自组装体系和分子自组装体系是当前纳米材料的前沿领域。在分子筛的孔腔中组装或封装金属配合物，所制备的金属配合物／分子筛复合催化材料是传统均相催化剂和多相催化剂不可比拟的新型催化材料，也为重油、渣油等的催化裂化开辟了新天地。这些材料在催化过程中具有反应条件温和、反应活性和选择性高，易与产物分离、可重复使用，位分离效应及择形效应高等优点。
　　尽管在纳米催化剂方面已取得了一些成果，但也还有许多问题需要解决，主要包括四个方面：一是对合成纳米催化剂的过程机理，如对控制微粒的形状、分布、粒度等技术和纳米微粒的收集、存放问题缺乏深入研究；二是多数制备纳米材料的技术成果仅停留在实验室和小规模生产阶段，缺乏对规模生产所涉及工程技术的认识；三是系统研究纳米催化材料的实用化技术尚少，对纳米催化材料的性能测试和表征手段有待改进；四是缺乏系统的综合各学科的研究体系，无法解决交叉学科的纳米技术问题。
　　这些问题的解决不仅将为纳米材料的制备提供一套科学的方法和理论，加速纳米材料的应用和开发，也能为纳米催化剂产业化和市场化奠定基础。建议相关行业克服制约因素，不断完善现有纳米催化剂的制备技术，开发纳米催化剂的工业化生产设备，尽可能地拓展纳米材料的催化应用领域，努力实现纳米催化技术的工业化

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