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微波技術(shù)在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用
微波技術(shù)是近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重大成就之一，發(fā)展極為迅速。20世紀(jì)80年代微波開始在化學(xué)領(lǐng)域中得到廣泛研究，并取得了積極效果，如在有機(jī)合成方面，合成某些放射性藥劑及干燥等方面[1]。近，微波在催化領(lǐng)域中的研究也越來越活躍，這里介紹近年來微波技術(shù)在催化領(lǐng)域中所取得的進(jìn)展，如微波用于誘導(dǎo)催化反應(yīng)，用于催化劑的制備以及載體的改性方面。
微波技術(shù)用于誘導(dǎo)催化反應(yīng)
一、 微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)原理
微波是一種電磁波,電磁波包括電場(chǎng)和磁場(chǎng),電場(chǎng)使帶電粒子開始運(yùn)動(dòng)而具有一種力,由于帶電粒子的運(yùn)動(dòng)從而使極化粒子進(jìn)一步極化,微波的電和磁部分的相關(guān)的力方向快速變化,從而產(chǎn)生摩擦使其自身溫度升高。這就是微波加熱的基本原理[2]。
許多有機(jī)反應(yīng)物不能直接明顯地吸收微波，但將高強(qiáng)度短脈沖微波輻射聚焦到含有某種“物質(zhì)”(如鐵磁性金屬)的固體催化劑床表面上，由于表面金屬點(diǎn)位與微波能的強(qiáng)烈作用，微波能將被轉(zhuǎn)變熱，從而使某些表面點(diǎn)位選擇性地被很快加熱至很高溫度。盡管反應(yīng)器中的物料不會(huì)被微波直接加熱，但當(dāng)它們與受激發(fā)的表面點(diǎn)位接觸時(shí)可發(fā)生反應(yīng)。這就是微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的基本原理[3]。
二、微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的催化劑和載體
微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是微波首先作用于催化劑或其載體，使其迅速升溫而產(chǎn)生活性點(diǎn)位，當(dāng)反應(yīng)物或載化都可以用于微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的，只有那些可能被微波激活的催化劑和載體才能用于微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)。對(duì)于金屬催化劑，能與微波發(fā)生強(qiáng)相互作用的主要是那些鐵磁性金屬，如鎳、鈷、鐵等。對(duì)于金屬氧化物，則視組分和結(jié)構(gòu)不同而有很大差別；對(duì)于S區(qū)金屬氧化物，不存在變價(jià)情況，則對(duì)微波是透明的。對(duì)于P區(qū)金屬氧化物和過渡金屬氧化物，存在變價(jià)現(xiàn)象，則它們對(duì)微波是不透明的，即吸收微波的能力隨組分和結(jié)構(gòu)而不同[4]。有人曾對(duì)過渡金屬和P區(qū)金屬的氧化物與微波之間的相互作用作過較深的研究[5]。把金屬氧化物分成3類：第1類是高損耗物質(zhì)，它們是一些含有變價(jià)元素的金屬氧化物，如NI2O3，MNO2，Co3O4等，在微波場(chǎng)中有很高的活性。第2類是在微波場(chǎng)中輻射一段時(shí)間后才開始急劇升溫，如Fe2O3，CdO,V2O5等。第3類低損耗物質(zhì)，如AL2O3，TiO2,ZnO,PbO,La2O3,Y2O3,ZrO2,Nb2O5等。顯然，第1類金屬氧化物適宜作微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的催化劑，第3類金屬氧化物宜作載體。