粉煤灰屬于熱電廠的一種廢棄物，但是在工業(yè)中具有非常廣泛的作用。今天我們就來看看粉煤灰在催化材料中有哪些作用效果？粉煤灰中SiO2和Al2O3的含量一般在70%以上，其中豐富的Si—O—Si和Al—O—Si鍵相互交錯，具有與沸石相似的結(jié)構(gòu)特征，通過修飾或改性可進(jìn)一步完善粉煤灰的結(jié)構(gòu)與組成，形成孔隙率高、比表面積大且結(jié)構(gòu)合理的粉煤灰載體.隨著粉煤灰資源化程度的加深，目前成本低廉、環(huán)境友好的粉煤灰已用于有機(jī)降解、有機(jī)合成及重整制氫等催化劑的制備與研究。
有機(jī)降解催化劑,目前有機(jī)物的降解主要針對的是水、空氣和土壤中的有機(jī)污染物的分解，其方法主要有生物降解、光降解和化學(xué)降解等.其中生物降解的媒介是微生物，光降解的媒介是紫外⁃可見光源，化學(xué)降解的媒介一般是強(qiáng)氧化物。
光反應(yīng)催化劑,光催化劑的主要活性成分是TiO2，因其具有高光催化活性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、廉價無毒等諸多優(yōu)異性能，被廣泛應(yīng)用于污水處理、空氣凈化等領(lǐng)域.為克服懸浮態(tài)TiO2易失活、易凝聚和難分離等缺點(diǎn)，沸石、硅藻土、石墨烯等載體早已被廣大學(xué)者所研究，但為降低催化劑制備成本，諸多學(xué)者提出了以粉煤灰取代以上載體的催化劑制備方法，并對該類催化劑的性能進(jìn)行了系列探索研究。
通過水熱、溶膠-凝膠和物理混合法制備出了3種TiO2/粉煤灰光催化劑，并在紫外光條件下對其性能進(jìn)行了測試，研究表明水熱法制備的催化劑對亞甲藍(lán)的降解性能佳，因?yàn)樗疅岱ㄋ么呋瘎┑目紫堵矢撸襎iO2與粉煤灰中Fe、CA、Mg等元素的之間相互作用可強(qiáng)化其光催化性能。同時也有研究制備出了一種能在可見光條件下對亞甲藍(lán)進(jìn)行降解的光催化劑CuO—BiVO4/粉煤灰，該催化劑由粉煤灰依次經(jīng)稀硝酸預(yù)處理、BiVO4改性和活性CuO的負(fù)載制得，5%CuO負(fù)載量即可實(shí)現(xiàn)亞甲藍(lán)的深度降解，因?yàn)榉勖夯逸d體能夠抑制表面晶粒的生長，提高活性位的分散度，同時CuO與BiVO4可形成一種能夠抑制電子⁃空穴對再結(jié)合的p-N型異質(zhì)結(jié)，有助于催化劑性能的提高。
粉煤灰不僅因其良好的漂浮性能可提高各類光催化劑的分離與回收效率，而且其中部分元素的存在可有效擴(kuò)展催化反應(yīng)過程中的光譜響應(yīng)范圍，甚至可實(shí)現(xiàn)可見光條件下的光催化劑降解，因?yàn)椴糠衷兀‵e、Cu等）在一定條件下可與TiO2發(fā)生協(xié)同作用，大幅提高光催化劑的性能。但是目前該類催化劑反應(yīng)機(jī)理的研究相對欠缺，只局限于相關(guān)表征結(jié)果與催化性能的關(guān)聯(lián)，這嚴(yán)重限制了該類可見光條件下高性能催化劑的設(shè)計與制備，這主要是因?yàn)榉勖夯业幕瘜W(xué)組成比較復(fù)雜.若能在粉煤灰的化學(xué)組成上進(jìn)行合理可控的調(diào)節(jié)，則有利于該類催化劑反應(yīng)機(jī)理的研究，從而為該類催化劑的設(shè)計與制備提供理論指導(dǎo)，達(dá)到提高該類催化劑可見光條件下催化效率的目的，擴(kuò)大該類經(jīng)濟(jì)且反應(yīng)條件溫和的催化劑的應(yīng)用前景。
非光反應(yīng)催化劑,光催化劑吸收光能形成的電子⁃空穴對能夠直接對吸附于表面的污染物進(jìn)行氧化還原，而在非光輻射條件下，有機(jī)物降解則需強(qiáng)氧化劑的參與，常用的氧化劑為H2O2和O3，但通常單純的氧化效率不高，仍需相關(guān)催化劑的介入來大幅提高有機(jī)物的降解效率，這類非光反應(yīng)催化劑一直以來也備受關(guān)注，而粉煤灰作為具有多元素組成的復(fù)合物，其在非光反應(yīng)催化劑中依然展現(xiàn)出了其獨(dú)特的化學(xué)特性。
一般而言，粉煤灰本身就具有一定的催化性能，對比了多種酸（HNO3、HCl、H2SO4和H3PO4）處理后粉煤灰對廢水中P⁃硝基酚的催化降解性能，結(jié)果表明HNO3處理后的粉煤灰在H2O2氧化條件下對P⁃硝基酚的降解率達(dá)98%，明顯高于其它酸處理后粉煤灰的催化性能。Fe元素作為粉煤灰的主要化學(xué)組成，其不僅在光催化反應(yīng)中具有促進(jìn)作用，在非光催化降解有機(jī)物方面同樣具有重要的作用。
有機(jī)合成催化劑,有機(jī)合成是指利用化學(xué)方法將原料制備成新的有機(jī)物的過程，是一個極富創(chuàng)造性的領(lǐng)域.現(xiàn)在有機(jī)合成正朝著高選擇性、原子經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境保護(hù)型三大趨勢發(fā)展，尋找與開發(fā)高選擇性、高效且環(huán)境友好的催化劑是目前急需解決的問題.而粉煤灰作為富含SiO2和Al2O3的高穩(wěn)定性的類沸石無機(jī)廢物，將其應(yīng)用于有機(jī)合成催化劑的制備有利于降低催化劑成本和節(jié)能資源。
縮合反應(yīng)催化劑,針對不同的有機(jī)原料和縮合反應(yīng)類型，利用粉煤灰進(jìn)行催化劑制備的方法也有所不同，目前研究較多的是固體酸和固體堿催化劑.其中固體酸催化劑一般以酸性物質(zhì)對粉煤灰進(jìn)行預(yù)處理，以提高SiO2的含量，其不僅有利于增加粉煤灰的比表面積，還可以大幅增加其表面的酸性位，可用于不同的酸性有機(jī)催化轉(zhuǎn)化過程.
固體堿催化劑則一般采用堿金屬氫氧化物對粉煤灰進(jìn)行處理，堿處理過程其實(shí)就是Si—O—Si或Si—O—Al結(jié)構(gòu)的重組過程，可有效調(diào)節(jié)粉煤灰的功能結(jié)構(gòu)。用50%wtNAOH對粉煤灰進(jìn)行化學(xué)活化，再經(jīng)熱活化后可獲得一種表面擁有大量羥基基團(tuán)（即表面活性中心）的固體堿催化劑，可有效提高2，6二苯亞甲基環(huán)己酮的轉(zhuǎn)化率和選擇性.用氫氧化鉀對F型粉煤灰進(jìn)行活化處理同樣制得一種擁有豐富的羥基活性位的固體堿催化劑，大幅提高了二亞芐基丙酮的轉(zhuǎn)化率，并且具有很好的重復(fù)性。
酯交換反應(yīng)催化劑,酯交換反應(yīng)制生物柴油是目前新能源領(lǐng)域重要的研究方向之一，生物柴油的研究與發(fā)展對CO2減排效率的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，據(jù)統(tǒng)計分析，與傳統(tǒng)化石能源相比，使用純生物柴油可使CO2的減排效率提高到78.5%。為提高生物柴油產(chǎn)率，各類催化劑的研究層出不窮，其中粉煤灰因其廉價也逐漸在研究之列。
另外也有部分學(xué)者根據(jù)粉煤灰的類沸石組成，在水熱條件下合成不同類型的沸石催化劑用于生物柴油的制備。利用粉煤灰水熱合成了富含方鈉石相的沸石，該催化劑在一定條件下能實(shí)現(xiàn)大豆油脂95.5%的轉(zhuǎn)化率，因?yàn)榉勖夯壹せ钸^程中NAOH的加入可促進(jìn)Si—O—NA型活性中心的形成，但是反應(yīng)過程中活性中心數(shù)量的減少致使該催化劑的穩(wěn)定性較差。而依次采用酸浸、堿熔和水熱法合成的沸石作用下的芥子油的轉(zhuǎn)化率只有84.6%，但是其具有很好的重復(fù)使用性能。在傳統(tǒng)水熱法合成的FA/NA—X沸石催化劑基礎(chǔ)上通過離子交換法制得了FA/K—X沸石催化劑，該催化劑的性能要高于FA/NA—X沸石催化劑，其用于催化反應(yīng)24h后的向日葵油的轉(zhuǎn)化率雖然只有85.51%，但其同樣具有優(yōu)異的穩(wěn)定性能。由以上可知堿金屬和堿土金屬的引入可明顯改善粉煤灰的組成和結(jié)構(gòu)，同時增加相應(yīng)催化劑的堿性度，有助于酯交換反應(yīng)的進(jìn)行。
目前粉煤灰基催化劑在有機(jī)合成領(lǐng)域主要用于酯、酮、酰等物質(zhì)的合成，以脫水反應(yīng)為主.而粉煤灰經(jīng)酸、堿處理后其表面可出現(xiàn)大量的富含羥基的活性中心，其有利于各類有機(jī)物的吸附，并較容易實(shí)現(xiàn)相關(guān)共價鍵的斷裂與重組，從而到達(dá)提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性的目的。該類催化劑工藝簡單，具有較好的工業(yè)化應(yīng)用基礎(chǔ)，但是其活性與壽命還有待提高。與之相應(yīng)的沸石類催化劑雖然具有較好的催化性能，但是利用粉煤灰升級改造制備沸石類催化劑的工藝相對復(fù)雜，成本較高，不利于規(guī)模化應(yīng)用。
制氫催化劑,氫能是一種環(huán)境友好的優(yōu)質(zhì)能源，其燃燒熱量高達(dá)120MJ·Kg-1，高于其它任何能源，并且具有零碳排放的優(yōu)勢，目前生物質(zhì)熱解、蒸汽重整、蒸汽氣化制氫過程已備受關(guān)注。其中Ni/SiO2、Ni/Al2O3催化劑已在重整制氫中廣泛研究，為此，考慮到粉煤灰富含SiO2和Al2O3且具有非常好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，部分學(xué)者已開始對其在重整制氫過程的催化性能進(jìn)行了一定研究。以上研究表明雖然直接以粉煤灰為載體進(jìn)行催化劑的制備即可獲得傳統(tǒng)催化劑相當(dāng)?shù)幕钚裕沁@并沒有充分發(fā)揮粉煤灰組成與結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，包括其中部分微量元素的作用，為此，催化劑制備過程中若能對粉煤灰的組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)控，以充分發(fā)揮某些微量元素對催化劑的修飾作用，則可在降低活性組分摻量的情況下大幅提高該類催化劑的性能。更多粉煤灰相關(guān)問題請咨詢河南皓泉新材料有限公司。
