(一)催化作用

在化學(xué)反應(yīng)體系中加入少量某些物質(zhì)，可以極大地改變反應(yīng)速度，而在反應(yīng)終了時，所 加入的這些少量物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量均不發(fā)生變化。這些物質(zhì)稱為催化劑，而催化劑對化學(xué)反 應(yīng)的這種影響稱為催化作用。 催化劑可以加快反應(yīng)速度，稱為正催化作用；催化劑也可以遲滯和減慢反應(yīng)速度，稱為負(fù)催化作用。在一般的化學(xué)反應(yīng)和大氣污染控制中，絕大多數(shù)情況下利用的是催化劑的正催化作用。

由于反應(yīng)體系的不同和催化劑的形態(tài)不同，催化反應(yīng)可分為均相催化與非均相催化(多 相催化)。反應(yīng)物和催化劑為同一相時稱為均相催化，反應(yīng)物與催化劑為不同相時稱為非均 相催化。在大氣污染控制中，反應(yīng)物皆為氣體，所得產(chǎn)物亦為氣體，而所用催化劑絕大部分 為固體物質(zhì)，因此，在大氣污染控制中的催化反應(yīng)皆屬于氣-固多相催化反應(yīng)。

(二)吸附與催化

固體的表面能吸附各種氣體或液體分子，吸附速度、吸附量和吸附類型與固體和被吸附 分子的性質(zhì)以及吸附條件有關(guān)。這種吸附現(xiàn)象與多相催化作用有著密切的關(guān)系。

吸附分為物理吸附與化學(xué)吸附，物理吸附一般在低溫下進(jìn)行，且吸附熱較小。化學(xué)吸附 是被吸附分子與固體發(fā)生了某種化學(xué)反應(yīng)，具有化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，吸附溫度較高，吸附熱數(shù) 值較大。在多數(shù)情況下，進(jìn)行多相催化反應(yīng)的最適溫度恰好與反應(yīng)物進(jìn)行化學(xué)吸附的溫度一 致，因此一般認(rèn)為，化學(xué)吸附是多相催化過程的必經(jīng)階段之一。

根據(jù)吸附與催化關(guān)系，在氣-固催化反應(yīng)中反應(yīng)是按如下步驟進(jìn)行⑵：

(1)氣相中的反應(yīng)物擴(kuò)散到催化劑表面上；

(2)催化劑吸附一種或幾種反應(yīng)物；

(3)在催化劑表面上，吸附的反應(yīng)物之間或吸附的反應(yīng)物與氣相中的反應(yīng)物之間進(jìn)行化 學(xué)反應(yīng)；

(4)生成物從催化劑表面上解吸；

(5)生成物離開催化劑擴(kuò)散到氣相中。

其中步驟(3)往往是決定催化反應(yīng)速度的步驟。

(三)催化作用與反應(yīng)速度

在化學(xué)反應(yīng)中，由反應(yīng)物變?yōu)楫a(chǎn)物，反應(yīng)物分子的原子或原子團(tuán)必須重新組合，也就是 說在反應(yīng)過程中，反應(yīng)物分子的某些化學(xué)鍵斷裂，在產(chǎn)物分子中則有新鍵生成。能夠進(jìn)行這 樣反應(yīng)的分子必須具有足夠的能量，具有這樣能量的分子稱為活化分子。處于活化狀態(tài)能進(jìn) 行反應(yīng)的分子所具有的最低能量與普通分子所具有的平均能量之差稱為該反應(yīng)的活化能。 對于非催化反應(yīng)，要使反應(yīng)能順利進(jìn)行，就必須使活化分子數(shù)量增多，最常用的方法就 是提高反應(yīng)系統(tǒng)溫度，但這樣做在生產(chǎn)上受到很多限制，且很多情況下對反應(yīng)速率的增加效 果也不理想。

對于催化反應(yīng)，則是借助于催化劑的作用使反應(yīng)的活化能降低，使達(dá)到活化狀態(tài)的分子 數(shù)量增多，從而加快了反應(yīng)速率。催化劑使反應(yīng)活化能降低的主要原因是由于在催化劑的作 用下使反應(yīng)沿著新的途徑進(jìn)行，新的反應(yīng)途徑往往是由一系列的基元反應(yīng)組成的，每個基元 反應(yīng)的活化能均小于非催化反應(yīng)的活化能，從而使反應(yīng)速率加快。

根據(jù)阿累尼烏斯公式，反應(yīng)速率常數(shù)按式(6-16)計(jì)算：

K = Ae-E/RT (6-16)

式中，K為反應(yīng)速率常數(shù)；A為頻率因素；E為活化能；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度。 因」比選用良好的催化劑降低了反應(yīng)的活化能，即可使反應(yīng)速率提高。