【行业新闻】铂金催化剂的应用

铂金是化学化工行业常用的催化剂，应用领域非常广泛，以下简单介绍铂金催化剂的应用。由于铂金和钯金有很多共同点和相似性，因此此文在介绍铂金催化剂时附带钯金催化剂的应用。

在元素周期表中铂金和钯金是上下级关系，也是贵金属中性质最接近的两个元素。我曾经介绍过在有些催化领域，铂金和钯金是可以互换的。最近，铂金和钯金的价格也比较接近（230RMB元/克）。但是在铂金和钯金右边（周期表右边）的白银和黄金，虽然也是上下级关系，他们不但化学性质就相差巨大，而且价格也差别也非常大，白银大约7.2 RMB元/克，黄金635 RMB元/克，两者相差90倍。黄金在催化剂领域的用处很小，白银相对多一点，主要用于乙烯环氧化制备环氧乙烷等选择性催化领域。

1. 硫酸工业领域

早在1831年，铂就用于催化二氧化硫氧化成三氧化硫的反应，这个过程被称为工业生产硫酸的重要步骤之一，这一发现也为硫酸的工业生产奠定了基础。1875年，第一套接触法硫酸装置投入生产，是铂催化剂在工业上的重大应用。由于铂金资源匮乏，价格昂贵，后期越来越多采用V₂O₅催化剂来替代铂金催化剂。

2. 硝酸工业领域

氨氧化是硝酸工业的重要反应，从氨到硝酸的化学反应如下：

4NH₃+ 5O₂——→ 4NO+ 6H₂O

2NO+ O₂——→ 2NO₂

3NO₂+H₂O——→ 2HNO₃+ NO

铂基催化剂在氨氧化中的应用可以追溯到1839年。最初使用的是铂棉，后来改为铂丝。在工业中，由于铂丝强度不足，铂中加入铑和钯，形成铂-铑-钯三元合金催化剂‌。

铂基催化剂促使氨氧化成NO，NO进一步氧化到NO₂。和二氧化硫氧化类似，现在越来越多采用V₂O₅催化剂来替代铂金催化剂。

3. 石油化工领域的应用

加氢裂化‌：在石油精炼过程中，通过加氢裂化反应能够促进重油分子加氢裂化反应，将其转化为轻质油。铂系催化剂是加氢裂化中最常用的催化剂之一。它具有催化剂稳定性高、催化效率高等特点。

加氢精制‌：用于石油加工过程中的加氢精制反应,其催化过程是油品（或化工产品）中含硫有机物和含氮有机物通过催化加氢，使得C-S、C-N键断裂，生成H₂S和NH₃，H₂S和NH₃很容易从油品中分离出去。从而生产出更清洁、高效的燃料和化工原料。

催化重整‌：是在催化剂作用下，对烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构的过程，是提高辛烷值、生产芳香烃的重要工艺。铂是常用的重整催化剂，在实际使用中，为了提高催化剂性能，普遍使用Pt和其他金属的复合催化剂‌。

铂催化剂还用于烷烃脱氢制烯烃等领域。

4. 精细化学品合成领域

在精细化学品合成、药物合成等领域，铂催化剂能够高效促进多种反应。最有代表性的就是Pd/C和Pt/C催化剂，Pd/C和Pt/C催化剂广泛用于精细化学品合成（药物合成）中的加氢反应（选择性加氢反应）。总的来说，Pd/C催化剂的加氢能力更强，选择性差一点，更高容易引起副反应；而Pt/C催化剂的加氢能力比Pd/C弱，但选择性较高，副产物较少。

5. 煤化工领域

煤化工领域用到的贵金属催化不多，但是我在20年前在日本北九州市立大学从事FT合成，当时用Co/SiO₂和分子筛负载贵金属的复合催化剂，合成气在Co/SiO₂催化剂完成FT反应，然后产物迁移到分子筛负载贵金属催化剂表面完成裂解和异构化反应，这样能够获得更多的汽油馏分，特别是异构化烷烃大幅度提高，提高汽油的辛烷值。

6. 汽车尾气领域

汽车领域是贵金属消耗非常巨大的一个领域，主要在汽油车三元催化剂，和柴油车尾气DOC模块上。随着排放标准的提高，汽车尾气需要的贵金属也随之增加。三元催化器的工作原理是当高温的汽车尾气通过催化剂时，催化剂将一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx）三种气体经过催化剂表面化学反应，生成CO₂、N₂和H₂O。DOC通常安装在柴油发动机的排气系统中，作为减少有害排放的第一道防线。柴油氧化催化剂,简称DOC，是一种用于柴油发动机尾气后处理的装置，通过氧化反应将CO、HC以及部分颗粒物(PM)转化成为CO₂和H₂O。

7. VOCs处理领域

VOCs处理催化剂，主要也是贵金属催化剂，在这里领域Pt和Pd的互为替代能力较强。当钯金价格暴涨时，铂的消耗就会增加。其工作原理就是将VOCs氧化为CO₂和H₂O。这一原理，也用在高纯气体中的烃类杂质的消除，就是利用在催化剂作用下，将高纯气体中的烃类杂质氧化为CO₂和H₂O，达到纯化的目的。

8. 燃料电池领域

铂催化剂是目前燃料电池中最常用的催化剂之一，因其高催化活性、稳定性和电化学活性而广泛应用于燃料电池中。因此铂是燃料电池的“心脏”。目前氢燃料电池汽车每辆大约使用20-35克左右的铂金。未来一旦氢燃料电池汽车普遍使用时，铂的需求量将大幅度增加，铂金不够用。所以努力降低氢燃料电池所用的铂金量，是氢燃料电池汽车能否广泛使用的关键。现在有报道说氢燃料电池汽车每辆可以降到铂金6.8克左右。

9. 高分子合成

催化剂在高分子合成领域的使用，这方面的研究论文很少。一般来说，大多数烯烃聚合反应都需要催化剂的参与，如乙烯的聚合生产聚乙烯、丙烯的聚合生产聚丙烯等。烯烃聚合反应中，催化剂对于提高聚合产物的品质至关重要。在烯烃聚合反应中，常用的贵金属催化剂包括：钯催化剂‌常用于乙烯的聚合反应，能够生成高密度的聚乙烯；铂催化剂‌用于制备特殊的聚合物材料，具有较高的催化活性和选择性；铑催化剂‌适用于复杂的聚合反应体系，能够生成具有特定功能的聚合物。

烯烃聚合催化剂，通常是金属有机化合物，催化剂在完成催化反应使命后合成到聚合物里面了。所以在高分子合成中催化剂的浓度是非常非常低的。

文章来源:铂锐催化

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