纳米技术在石油化工催化剂领域的研究进展

纳米技术在石油化工催化剂领域的研究进展

贾艳萍

陕西延长石油（集团）榆林炼油厂   陕西省榆林市 718500

摘要：纳米技术产生于２０世纪８０年代末，是目前正在迅速发展的一种高新技术，纳米材料的定义为：在三维空间中至少有一维是处于纳米尺度范围。该类材料由于其比表面积大、表面原子及活性中心数目多等优点而广泛应用于催化剂领域。纳米催化技术是当前研究的热点，很多领域如石油化工、物理化学、化学合成等都在纳米催化剂方面作了广泛而深入的研究。基于此，本文将对纳米技术在石油化工催化剂领域的研究进展进行简单探讨。

关键词：纳米技术；石油化工；催化剂；应用研究

1.纳米技术与催化剂概述

纳米技术主要是指用单个原子、分子制造物质的科学技术，其研究结构极小，尺寸在0.1至100纳米范围内。其是由现代科学和技术结合的产物，并产生了一系列新学科，例如：纳米物理学、纳米生物学等。

催化剂主要是指在化学反应过程中，能够改变反应物的反应速度，且不改变化学平衡、质量及性质的物质。催化剂技术在石化工业发展过程中占据着不可替代的位置。纳米技术应用于催化剂当中，主要是由于纳米晶粒，表面活性较多，能够提高反应速度，且没有孔隙，避免出现副反应，另外，纳米催化剂能够直接添加到液体当中，即便产生热量向外扩散，也能够确保局部不会失去活性。一般情况下，主要包括两类：一类是金属纳米粒子催化剂，主要是将贵金属作为基础，例如：铂、银等，另一类是将氧化物作为基础，并利用活性等手段，结合化学反应历程研发的纳米材料催化剂。

2. 纳米催化剂制备方法

2.1物理制备法

物理制备方法只需要金属前驱体发生分子重排，不发生化学变化，不会有化学键的断裂和生成，没有新物质的生成。主要包括机械法、气相法和溅射法。机械法是指利用某些方法如机械粉碎、超重力旋转床高速旋转等使得原料变为粉末状或小晶粒，从而制备纳米催化剂。气相法是指将惰性气体通入到密闭空间内，通过电阻加热、电子束等手段使原料变为气态，接着在惰性气体介质中进行冷凝，最终制备出纯度较高的纳米催化剂。溅射法是指利用高能粒子与原料表面原子或分子进行撞击，发生能量和动量的交换，使原料表面原子或分子飞出，随后在重力的作用下进行沉积制备得到纳米催化剂。

2.2溶胶－凝胶法

溶胶－凝胶法是指以金属化合物或配合物作为前驱体，加入一定量的络合剂，在水浴搅拌条件下进行水解或聚合反应形成溶胶，接着继续搅拌直到形成透明的凝胶状，最后经过干燥老化、煅烧等方式制备得到纳米催化剂颗粒。该方法设备简单，操作方便并且制备出的催化剂颗粒尺寸集中、均匀度高、催化活性较好，但是存在着原料成本高，制备过程中对原料选择要求较高的缺点。

2.3微乳液法

微乳液法是指在表面活性剂的作用下使两种互不相溶的溶剂形成乳液，然后通过成核、聚结、团聚和热处理等过程制备得到纳米催化剂。该种方法实验设备简单、操作方便、制备的催化剂粒径较小，分散性和稳定性较好。有学者采用微乳法制备了纳米金催化剂，研究发现，利用微乳法制备出的纳米金催化剂分散性较好，且具有优良的电催化性能。

3. 纳米催化剂在石油化工领域中的应用进展

3.1驱油

随着油气的发展，人们越来越重视对稠油的开采，因此如何有效地开采稠油也越来越重要。将纳米颗粒用于提高采收率是指与孔喉尺寸相比，纳米颗粒的尺寸较小，它们可以很容易地进入多孔岩石而不会对渗透率产生严重影响。对于添加纳米颗粒提高采收率，其纳米颗粒的驱油机理是使分离压力增加，通过降低乳液黏度从而增加岩石的润湿性，延长沥青沉淀时间，降低颗粒运移等，有利于提高剩余油采收率。

纳米催化原位采油技术（ＩＳＵＴ），该方法是将从采出油中回收的减压渣油与纳米催化剂和一起注入储层，在储层进行升级反应。在稠油和特稠油油藏中，ＩＳＵＴ通过永久性地提高采出原油的质量，使采出的原油不需要添加稀释剂等额外的处理就能满足输送管道的输送要求。有学者采用实验分析了纳米催化剂原位提升技术对碳酸盐岩稠油藏采收率的影响，结果表明，纳米催化剂的使用提升了裂缝和基质中油的质量，可以提高碳酸盐岩稠油藏的采收率。通过将纳米催化剂和聚表剂混合，让二者同时发挥优势，从而将原油的采收率大幅度提高。

3.2炼油废气处理

炼油的时候会产生很多有毒有害气体，这些气体对环境及人体的危害很大。随着经济的发展，人们在提高生活质量的同时也愈加关注环境。炼油废气的妥善处理也就成了一个值得关注的问题。随着技术的进步，纳米催化剂的应用也越来越多，炼油废气的处理也愈加受到关注。添加纳米催化剂，可以将废气处理的效率和质量大幅提高。首先，炼油时纳米催化剂可以对废气进行吸收这个预处理，以便气体能更均匀地分配到分配器，分配器中的纳米催化剂可以将炼油废气转化为无害气体。其次，纳米催化剂可以降解危害大的有机污染物，将它们转化为污染非常小甚至无污染的一些物质。尤其是那些难降解的有机污染物，纳米催化剂的优势更明显。载体选用，将包裹在

与之间得到的纳米复合催化剂，其催化效率高而且能再次回收利用。

3.3水热裂解降黏

近年来，石化能源的需求量直线上升，而且劣质化、重质化趋势严重。目前，世界石油７０％的储量为固态重质油，因此很多国家在稠油开采与应用研究方面投入了大量的资金。稠油固体必须先降低黏度，然后才能应用于实际中。稠油水热裂解降黏是比较成熟的技术手段，该技术有很好的工业大范围推广前景。其机理主要是过渡金属活性中心攻击稠油胶质和沥青质组分中键能较弱的Ｃ－Ｓ、Ｃ－Ｎ、Ｃ－Ｏ以及少量Ｃ－Ｃ键，实现稠油大分子长链断裂，黏度降低。稠油水热裂解降黏的关键在于催化剂的设计和制备，其中纳米催化剂比表面积大、体积小、化学性质稳定的特性，使其广泛应用于稠油水热裂解降黏反应中。

3.4在添加剂中的应用

纳米材料可以作润滑油添加剂,用脂肪酸修饰的及的纳米微粒具有非常好的润滑性及抗磨性;也有人在研究用高分子纳米微球作新的润滑油添加剂。纳米材料可用作助燃剂。用氢电弧等离子体制备的纳米钯作一氧化碳助燃剂,有非常好的助燃效果,烟气中CO含量始终为0。用分散型的氧化锑纳米微粒(小于20)做成水溶胶,与常规颗粒尺寸为30～60的氧化锑胶体溶液用作催化裂化金属钝化剂相比,表现出如下优点:挂锑效率更高,约可增加20%;稳定性能好,贮存时氧化锑不会分散出来沉积在溶器中;磨蚀性能好,不易磨蚀化学试剂泵;在提升管中与原料及催化剂混合效果好,容易与镍生成镍锑合金反应,容易进入催化剂基质的多孔空穴中,抑制镍的催化生氢活性等。

结 语：

纳米技术的发展将对石油化工领域的催化材料、润滑油添加剂及石油化工工艺助剂产生重要影响。目前对这方面的研究还处于实验室阶段,离实际应用还有很大的距离,还须解决许多实际问题。如何用纳米粒子做催化剂如何提高反应速率和催化效率,优化反应途径等方面的研究将是未来催化科学的研究重点。随着研究的不断深入，纳米催化剂更多的作用会逐渐被开发，促使其在催化领域的地位和作用进一步提高。

参考文献：

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