一种优良的工业催化剂，必须在反应所需的温度、压力、流速及停留时间等工艺条件下能长期正常运转，有良好的机械强度以抵抗气流冲刷而不粉化，有良好的耐热、抗毒稳定性而保持良好的活性及选择性。也即一种催化剂必须具备高活性、高选择性及高稳定性等指标，才有工业实用价值。因此，在催化剂的化学组成及宏观结构确定后，衡量该催化剂直观和最重要的参量是催化剂的活性、选择性及稳定性等指标。
1-5-1 活性
催化剂的活性是指催化剂加快反应速率的一种量度。它表示催化反应速率与非催化反应速率之差。由于非催化反应速率很低而可忽略不计，故催化剂的活性即相当于催化反应速率。在给定的反应条件（温度、压力、空速等）下，高活性催化剂可以使生产强度增加。所以在研制开发一种新催化剂时，无论是在实验室筛选或评价阶段，或是在工业应用试验过程中，大量的试验工作是围绕催化剂活性进行的。衡量催化剂的活性有多种表示方法，常用的有以下几种。
（1）用反应速率常数r表示
反应速率常数又称比速，是指单位浓度反应物的反应速率，反应速率方程的一般表示式是：
r=kcAacBb
式中k-反应速率常数；
cA、cB-
一反应物A、B的浓度；
a,b-反应物A、B的反应级数。
用反应速率常数表示催化剂的活性时又可分为以下两种方法：
①用单位表面积催化剂上的反应速率常数表示，称为表面比活性（或表面比速率常数），即：
(1-22)
式中ks-表面比活性；
k-反应速率常数；
S-催化剂表面积。
即表面比活性可通过测定的催化反应速率常数与催化剂表面积之比来表示。
②用单位体积催化剂上的反应速率常数表示，称为体积比活性（或体积比速率常数），即
(1-23)
式中 kV-
体积比活性；
V-催化剂体积。
即体积比活性可通过测定的反应速率常数与催化剂体积之比来表示。
用反应速率常数比较活性时，要求温度相同，而不要求反应物浓度及催化剂用量相同。但在不同催化剂上进行同一反应时，只有在所测催化剂上有相同的反应速率方程时，用速率常数比较活性大小才有意义。
（2）用时空收率表示
时空收率是指单位时间内以空间速度v0
流过催化剂的原料气可生成某一产物的质量。常以单位时间内每单位体积（或质量）催化剂所获得的目的产物量来表示。有时也称时空得率或产率。
如对于反应aA→bB，产物B的时空收率为：
(1-24)
式中 YB-
-时空收率，g/(mL⋅h)或t/(m3⋅d)
°
NB-一目的产物B的质量，mol；
V-催化剂体积，mL或m3；
t-反应时间，h或d。
如以标准状态下原料气的流量（v，）去除式（1-24）的分子及分母，就可得：
|
(1-25)
因为反应物的质量NA0=vr22.4,
因此，式（1-25）可写成：
YB=NBNAO22.4×V×tvr=abNBNAB22.4abV×tvr
由于B的单程收率ZB=aNBbNAO
，因此式（1-26）又可写成：
rV×t (1-27)
式中 v0- |
空间速率；因为空速v0=vrV×t,
，代入式（1-27），即得到：
YB=122.4baZBv0
式（1-28）表示了反应产物的时空收率与单程收率及原料气空速间的关系。
用时空收率表示催化剂活性具有简单直观的特点。但因时空收率不仅与反应速率有关，还与工艺操作条件有关。如空速增长，可使反应物在催化剂床层中的平均停留时间减少，使转化率下降，但时空收率则不一定下降，有时还会增大，而此时催化剂的活性并未发生变化。所以，用时空收率来表示催化剂活性，有时并不十分确切。
（3）用反应速率表示
化学反应时物质的量一定发生改变。反应速率表示反应的快慢。一般以单位时间（t）内反应物消失的速率或产物生成的速率来表示。但采取的基准不同表示的形式也不同，一般采用以下几种形式。
①以催化剂装填体积为基准时
(1-29)
式中 V-催化剂装填体积；
dNA-
-在dt时间内反应物减少量；
dNB-
在dt时间内的反应产物增加量。
②以催化剂的质量为基准时
(1-30)
式中m-催化剂装填质量（或重量）。
③以催化剂的表面积为基准时
(1-31)
用反应速率比较催化剂的活性时，应保持反应条件相同，即必须保持反应时的温度、压力及反应物组成相同。工业催化剂的装填通常以体积或质量为基准。实验室中由于催化剂样品较少，测量体积易带来误差，故也常以质量为基准。虽然用表面积为基准更能表征催化剂的催化活性，但因催化剂表面不是所有部位都有催化活性，即使两种催化剂的化学组成及比表面积都相同，其表面上活性中心数也不一定都相同，需要考察表面上的活性中心浓度，故以表面积为基准的方法一般不常用。
（4）用转化率表示
在多相催化反应中，当催化剂用量一定，反应物通入速率也不变时，单位时间内流经单位体积或单位质量催化剂的反应物的体积或质量，就是空间速率，即：
v0=VRV×t
(1-32)
VR-
-反应物体积；
V-催化剂体积；
t-反应时间。
空间速率的倒数是接触时间，它表示反应物在催化剂床层停留的平均时间，常以T表示：
τ=1v0
(1-33)
当接触时间一定时，转化率越大，反应速率也越快，因此可用转化率表示催化剂的活性。设A为主要反应物，B为目的产物，则反应物A的转化率XA
可写成：
(1-34)
式中 NA-
-反应后反应物A剩余的物质的量；
N-反应物A总的物质的量。
虽然用转化率表示催化剂活性并不确切，因反应转化率并不和反应速率成正比，但计算简单方便，仍为工业生产上所常用。
产品展示
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