假設一個催化劑在反應過程中因為表面積炭而失活，如何證明失活是因為表面積炭？

01-13

1.假設一個催化劑在反應過程中因為表面積炭而失活，如何證明失活是因為表面積炭？如何使這種失活的催化劑再生？
2.假設另一個催化劑在反應過程中燒結，如何採用表徵方法證明這種是由於燒結引起失活？這種失活的催化劑可否再生？

催化劑因積碳而失活問題相對複雜，需要具體情況具體分析，目前有很多科研工作者依然在研究這個問題。催化劑失活是因為表面積炭，可從多方面如具體反應、催化劑活性位、積碳的形式及表徵等方面加以分析。

反應形式：反應過程是否為涉及碳轉化過程。在石化過程中，烴芳構化、裂解裂化等等是典型的積碳伴隨反應。催化劑積碳後外觀一般表現為顏色加深，多為黑色或褐色。

測定活性位數量。表面若積碳，催化劑的活性位會被積碳所覆蓋，則可測定活性位的數量來佐證。比如，對於金屬催化劑，通過CO或者H2化學吸附的方法測定反應前後金屬活性位的數量的變化，若減少則說明，金屬被其他物質（如積碳）所覆蓋。對於酸催化反應，如分子篩催化反應，則可測定總酸量在反應前後的是否發生改變，同上。另外，通過區分外表面和內表面酸性位，或者分別測定B酸或L酸則可給出更為精細的積碳信息。

積碳的表徵。可通過TG-MS聯用、13C NMR、對積碳溶解後採用GC-MS和MALDI-TOF進行表徵，進一步說明是否存在積碳，以及積碳的形式。可確定是軟碳還是硬焦，是稠環芳烴類還是聚烯烴類積碳等。

對於再生，通用採用燃燒除碳的方法再生催化劑。注意過程中活性位可能流失，金屬顆粒可能會長大。

第二個問題，燒結失活。思路同上，但需要採用不同的方法加以表徵，如結合電鏡（TEM、STEM和SEM）及電鏡的元素分析（EDX，mapping等）、化學吸附等手段分析金屬顆粒的分散度的變化等綜合確定。此類失活一般不易再生，故可以考慮限制粒子長大的方法來維持活性。

補充一點，以上的兩類積碳在一定的條件下伴隨出現不能很好區分。

知乎首答，不請自來。

催化劑失活有很多原因（積碳，活性組分結構價態發生變化，燒結...），而且往往不是單一原因導致的，但是通常有一個因素是主要原因。

首先說積炭，判定方式：

1.有積碳生成，表徵方式可以用TG（對於金屬比較合適，氧化物TG失重量與積炭量不能完全對於，當然看趨勢還是可以的），以及TPO（通過生成的COx能比較準確的定量積碳量）

2.積碳量與活性顯著相關，實驗方法——做不同反應時間的活性與積炭量的關聯圖

3.清除積碳後，活性（基本）恢復初始活性（需要注意的是燒積炭是一個氧化過程，可能對催化劑價態形式造成影響，如涉及變價過程則需進一步排除）

達成以上三點就基本能從宏觀上判斷積碳是失活的主要原因

進一步的表徵則是從微觀的角度嚴格證明，例如樓上答主所說的用H2或CO吸附檢測金屬活性中心，酸鹼量的表徵（NH3/CO TPD,吡啶吸附紅外...）檢測酸鹼活性中心的量....

由於積碳造成的失活的再生：燒除積碳，一般用空氣。對於金屬催化劑還需要還原。

再說燒結，燒結問題一般出現在金屬催化劑比較多。燒結導致比表面積減少，從而導致活性降低。判斷方法：

1.拍電鏡，反應前後催化劑的電鏡圖，觀察金屬粒徑的變化，有些金屬和載體可能不好拍，那就結合通過吸附測得的活性位數量來判斷。

2.抗燒結處理（利用某些介孔材料的限域效應或者包覆結構）後，穩定性大幅提高。

催化劑燒結後也是可以再生的，一般來說，金屬負載在載體上，金屬是傾向於形成顆粒，而氧化物或某些鹽（氯化物）卻傾向於平鋪分散在載體表面（原因類似於固液體系的浸潤，由於液體張力的不同而傾向於形成液珠或液膜——一個類比，個人理解，並無證據），因此對於燒結的金屬顆粒，可以先氧化處理，形成金屬氧化物，這時，金屬氧化物會自發分散於載體表面，再還原之後，就能得到再分散的金屬顆粒，從而得以再生。（實例;丙烷脫氫，Pt系催化劑的再生——氯化處理）

以上是我的一些見解，文獻讀的不多，肯定有很多疏漏和不少錯誤，感謝指正！

另外，建議題主還是針對具體體系，讀相關文獻解決問題。

以上

先說積炭吧。先判斷是否發生了積炭。樓上說了用TGA-MS，挺有效的手段的。直接檢測含碳物質和二氧化碳。可以在空氣中或者氧氣中做。注意一下TGA數據可能沒啥意義，因為可能伴隨有樣品分解失重或者氧化增重等等。樓上說的萃取啥的我沒試過，不知道效果好不好。

再說燒結。我覺得SEM不好，不容易觀察清楚初級顆粒。還是做(S)TEM吧。直接觀察反應前後粒徑變化就好了。當然，可以順手做能譜，看有沒有積炭。當然，可以輔助做BET比表面積。如果TEM粒徑沒啥變化，BET又顯著減小，結合TGA-MS，則可能不是燒結，而是積炭堵孔。

知道了你的樣品到底是積炭了還是燒結了，就可以初步判斷到底失活是什麼原因了。如果又積炭又燒結，那麼可能得挨個排除。

積炭的樣品用含氧氣氛焙燒再生，焙燒溫度可以基於TGA-MS定，剛剛夠就好了。燒完活性有上升也可以佐證活性損失很大程度是積炭。

燒結一般沒有好方法再生了。之前有看到在一些特定氣氛比如CO下焙燒重分散的，原因忘了，是不是CO也忘了……如果是貴金屬混可以發生氧化還原的載體，可以試試高溫氫氣還原處理，會讓貴金屬重新分散，這是強金屬載體相互作用SMSI，可以查一下相關文獻。

個人覺得你可以試試照個電鏡看看積碳情況，而且可能還不是表面積碳，積碳可能在催化劑孔道了，所以掃描電鏡也可能有幫助。

好多積碳失活的催化劑都是可以再生的，工業上的辦法是熱再生，就是燒啊，高溫有氧，碳轉化成二氧化碳就不見了，但是再生次數有限，一般七八次吧，視催化劑的載體結構等因素限制。

總結一下，如果失活了，你試著高溫再生一下，如果活性有恢復，極有可能就是積碳。

建議找個搞催化計算的給你算算，失活機理啥的