微波技術(shù)是近代科學技術(shù)發(fā)展的重大成就之一，發(fā)展極為迅速。20世紀80年代微波開始在化學領(lǐng)域中得到廣泛研究，并取得了積極效果，如在有機合成方面，合成某些放射性藥劑及干燥等方面[1]。最近，微波在催化領(lǐng)域中的研究也越來越活躍，這里介紹近年來微波技術(shù)在催化領(lǐng)域中所取得的進展，如微波用于誘導(dǎo)催化反應(yīng)，用于催化劑的制備以及載體的改性方面。

　　微波技術(shù)用于誘導(dǎo)催化反應(yīng)

　　一、 微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)原理

　　微波是一種電磁波,電磁波包括電場和磁場,電場使帶電粒子開始運動而具有一種力,由于帶電粒子的運動從而使極化粒子進一步極化,微波的電和磁部分的相關(guān)的力方向快速變化,從而產(chǎn)生摩擦使其自身溫度升高。這就是微波加熱的基本原理[2]。

　　許多有機反應(yīng)物不能直接明顯地吸收微波，但將高強度短脈沖微波輻射聚焦到含有某種“物質(zhì)”（如鐵磁性金屬）的固體催化劑床表面上，由于表面金屬點位與微波能的強烈作用，微波能將被轉(zhuǎn)變熱，從而使某些表面點位選擇性地被很快加熱至很高溫度。盡管反應(yīng)器中的物料不會被微波直接加熱，但當它們與受激發(fā)的表面點位接觸時可發(fā)生反應(yīng)。這就是微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的基本原理[3]。

　　二、微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的催化劑和載體

　　微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)實質(zhì)上是微波首先作用于催化劑或其載體，使其迅速升溫而產(chǎn)生活性點位，當反應(yīng)物或載化都可以用于微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的，只有那些可能被微波激活的催化劑和載體才能用于微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)。對于金屬催化劑，能與微波發(fā)生強相互作用的主要是那些鐵磁性金屬，如鎳、鈷、鐵等。對于金屬氧化物，則視組分和結(jié)構(gòu)不同而有很大差別；對于S區(qū)金屬氧化物，不存在變價情況，則對微波是透明的。對于P區(qū)金屬氧化物和過渡金屬氧化物，存在變價現(xiàn)象，則它們對微波是不透明的，即吸收微波的能力隨組分和結(jié)構(gòu)而不同[4]。有人曾對過渡金屬和P區(qū)金屬的氧化物與微波之間的相互作用作過較深的研究[5]。把金屬氧化物分成3類：第1類是高損耗物質(zhì)，它們是一些含有變價元素的金屬氧化物，如NI2O3，MNO2，Co3O4等，在微波場中有很高的活性。第2類是在微波場中輻射一段時間后才開始急劇升溫，如Fe2O3，CdO,V2O5等。第3類低損耗物質(zhì)，如AL2O3，TiO2,ZnO,PbO,La2O3,Y2O3,ZrO2,Nb2O5等。顯然，第1類金屬氧化物最適宜作微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的催化劑，第3類金屬氧化物宜作載體。

　　三、微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的應(yīng)用

　　(1)  甲烷分解

　　四烷分解制成乙烯有著十分重要的經(jīng)濟和學術(shù)意義。研究證明[6]，在微波輻射下，許多催化劑可使甲烷快速分解，通過適當控制條件，可選擇地獲得較低或較高烴類。當在400 W 微波爐中用Ni-1404片或Ni粉作催化劑時，其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物主要為乙烯、乙烷和乙炔。

　　(2)  烴類氧化

　　脂肪烴和芳香烴直接氧化有著重要的經(jīng)濟意義，已被廣泛地研究了幾十年，但是迄今未能找到轉(zhuǎn)化率高、選擇性好的直接氧化方法（尤其是對于甲烷的氧化。）最近研究證明：在微波輻射下，甲烷、丙烷、再烯、乙烷、甲苯都可與水發(fā)生催化氧化，形成相應(yīng)的醇、酮、醚等。

　　微波場中甲烷部分氧化劑制合成氣的研究較為活躍，因為在微波場中進行的甲烷部分氧化（POM）反應(yīng)與常規(guī)加熱條件下相比較前者具有反應(yīng)速率快，催化床層溫度低，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性均得到改善等優(yōu)點[7]。對微波場中甲烷部分氧化合成氣所用催化劑的考察，研究人員做了很多工作[8]，通過對Ni/La2O3,Ni/ZrO2,Co/La2O3,和Co/ZrO2的催化性能的考察，發(fā)現(xiàn)以ZrO2為載體的鎳基催化劑的活性和穩(wěn)定性明顯優(yōu)于鈷基催化劑，活性順序為：Ni/ZrO2＞Ni/La2O3＞Co/ZrO2＞Co/La2O3。

　　甲苯選擇氧化制苯甲酸的多相工業(yè)化生產(chǎn)由于甲苯的轉(zhuǎn)化率和苯甲酸的選擇性較低而無法實現(xiàn)。研究表明[9]，在微波場下，V2O5/TiO2在較低的溫度下選擇氧化甲苯，可得到苯甲酸和苯甲醛的收率分別為41%和14%。與傳統(tǒng)加熱催化過程相比，苯甲酸的收率有較大的提高。

　�。�3） SO2和NO的還原

　　以往的除去SO2的方法大都是將其氧化后中和除去，但基氧化物腐蝕性強，處理費用高。把含有SO2的空氣在微波場下通過Ni-1404催化劑，則SO2可分解而釋放出氧和硫；同樣把含NO的空氣在微波場下通過Ni-1404催化劑，則NO被分解成為O2、N2及少量N2O。

　　微波技術(shù)用于催化劑的制備及載體的改性

　　一、分子篩的合成

　　利用微波的介電加熱作用進行分子篩合成,是一種新型合成方法。據(jù)報道。用微波技術(shù)合成的分子篩有A型，X型，Y型，ZXM-5型，CoAPO-44型，CoAPO-5型，AlPO4-5型以及中孔MCM-41型分子篩，還有NaX及NaA分子篩。與傳統(tǒng)的水熱合成方法相比，微波合成法能同時大量成核且能大幅度縮短晶化時間，獲得均勻細小的晶粒，比表面積增大。

　　二、活性組分在分子篩上的負載

　　活性組分負載在載體上是一個復(fù)雜的過程，其分散度影響催化劑的活性、選擇性及壽命等各個方面。最近不少學者采用微波技術(shù)使一些無機鹽很好地負載在分子篩等載體上。據(jù)研究，微波固相法制備的ZnCl2/NaY催化劑與普通法制備的ZnCl2/NaY催化劑相比，在Diels-Alder反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的環(huán)加成選擇性和區(qū)哉選擇性。利用微波法制備的ZnCl2-HY分子篩催化苯甲醚與乙酰氯的酰化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)這種催化劑具有良好的初活性。利用微波功率的增大，苯甲醚的轉(zhuǎn)化率和甲氧基苯乙酮的選擇性也增加。這可能是由于微波功率增大，促進了ZnCl2在HY分子篩中的分散及與HY分子篩的交換的緣故。

　　用微波法負載活性分于分子篩上，與傳統(tǒng)法相比，具有以下優(yōu)點：分散度高；處理時間短，效率高；處理樣品簡單，避免了溶液的混合烘干及培燒；無機鹽很容易分散到多孔分子篩上。

　　三、載體的改性及新型材料的合成

　　Al2O3是多相催化中廣泛應(yīng)用的載休，利用微波輻射制備結(jié)晶γ-Al2O3，與傳統(tǒng)的深淺法所獲得的γ-Al2O3相比，具有規(guī)整、清晰的晶貌特征。這是由于在微波下，水分子被子激活形成活性水分子，加速了鋁溶膠的溶解從而促進了體系中結(jié)晶Al(OH)3•xH2O的生成所致其制備方法是：將鋁溶膠置于微波爐中，利用策波輻射加熱，保持沸騰3h后，冷卻，靜置，將所得白色沉淀洗滌，分離，在120℃烘干，在馬福爐中按規(guī)250℃ 1h，350℃ 1h，450℃ 1h，550℃ 3h順序焙燒，得到白色粉末，即可得到邊界清晰、結(jié)構(gòu)規(guī)整的結(jié)晶γ-Al2O3。

　　Al2O3作為一種載體，由于它的比表面積較小，所以某些活性成分在其上面的負載將受到限制。若將 Al2O3分散于比表面積較大的沸石上，則可制得一種具有Al2O3表面性質(zhì)又保持沸石高比表面積的新型復(fù)合材料。據(jù)研究，用化學鍍飾法化學浸漬法和高溫熱處理法所制的Al2O3/NaY新型催化材料的分散度均不高，而采用微波輻射固相法制得的Al2O3/NaY新型催化劑材料具有較高的分散度。Al2O3在NaY沸石上的理論分散值為0.62，實驗測得用微波輻射得到的分散值為0.45,其他方法得到的分散值均小于0.3。

　　四、 結(jié) 語

　　微波技術(shù)應(yīng)用于化學研究有著相當大的優(yōu)勢和無限的魅力。微波技術(shù)發(fā)展的特點之一，是它與更多的學科相結(jié)合。這會大大地突破傳統(tǒng)內(nèi)容，建立一系列新的生長點。而研究用的微波爐也易于獲得，使該方法的研究更具有普遍意義。但微波技術(shù)應(yīng)用于催化領(lǐng)域也存在一些復(fù)雜性。有關(guān)微波誘導(dǎo)催化反應(yīng)的機理以及微波參催化劑作用的機理的研究畢竟還很不深入，主要原因是微波場中溫度無法準確測量。所以進一步改進實驗測量技術(shù)（特別是微波場中的溫度測量技術(shù)）具有十分重要的意義。只有將微波的作用機理進行深入研究才能使微波在催化劑領(lǐng)域中得到進一步發(fā)展。