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llc_0024

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[交流] 关于纳米孔道扩散与常规催化剂内扩散概念的疑问？

小虫有一个疑问，最近一直困扰着小虫。
就是反应物在介孔材料的孔道内的扩散是不是我们平常理解的催化剂内扩散呢？
我的理解是常规理解的内扩散是反应物在催化剂粉末成型后粉末间的微米级孔道中的扩散，并不是在纳米孔道中的扩散，这样才可以通过减小催化剂颗粒而消除内扩散，两者并不是相同的概念。
不知道小虫这种理解是否正确，敬请大虫指导！

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1楼 2012-03-13 13:50:10

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xhtangxh

木虫 (著名写手)

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反应物分于在催化剂孔内的扩散有体相扩散、Knudsen扩散(微孔扩散)、构型扩散和表面扩散。在扩散过程中，在一定条件下可以只发生一种扩散，也可能多种类型同时发生，也就是说孔径大小可以导致扩散形式和扩散速率改变。
体相扩散也称容积扩散，是指分子平均自由程(λ)小于孔直径(d)时的扩散，此时分子进入孔内分子问碰撞的几率大于与孔壁碰撞的几率，阻力主要来自分子间的碰撞，对于气体压强高的体系主要起作用的是体相扩散。
当孔径很小、气体压强低时，分子平均自由程大于孔径，使分子与孔壁的碰撞几率远大于分子间的碰撞几率，这时发生的扩散称为Knudsen扩散。
当分子的大小与孔道相近，分子立体构型/构象影响分子的运动，这时发生构型扩散。沸石分子筛的孔直径多在1nm以下，与分子的动力直径接近，因此在沸石分子筛中常发生这样的扩散。构型扩散的速率很慢。
表面扩散是指吸附在固体内表面上的吸附分子朝着降低表面浓度的方向移动。
一般认为在温度高的催化过程中表面扩散不是主要的，可不予考虑。在催化过程中体相扩散和Knudsen扩散两种类型是主要的。当分于向孔内扩散时，所受阻力的影响无明显界限。扩散类型是由扩散阻力即分子与孔壁碰撞或分子与分于之间碰撞几率大小所决定。可以把分于与孔壁碰撞的几率大于90% (忽略小于10% 的分于与分于间碰撞)时的扩散作为Knudsen扩散，而将分子与分子碰撞几率高于90%(忽略低于10%的分子与孔壁间碰撞)时的扩散作为体相扩散。这样可将扩散类型作如下划分：
当λ≥10d时，视为Knudsen扩散；
当d≥10λ时，视为体相扩散；
当d/10≤λ≤10d时为过渡区，对此区还可细分为：
λ在d/10~d之间时以体相扩散为主；
λ在d~10d之间时以Knudsen 扩散为主。
微米级孔道中的扩散实际是体相扩散，减小催化剂颗粒粒径有助于削弱这种类型的内扩散的影响。如果不是特小的分子，在纳米孔道中的扩散应视为Knudsen扩散，减小催化剂颗粒的粒径对其基本上无任何作用。