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在催化反應(yīng)中，有一些化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)可能涉及一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)步驟，第一步反應(yīng)的生成物可能是第二步反應(yīng)的反應(yīng)物，通常稱之為串聯(lián)催化反應(yīng)。 

串聯(lián)催化反應(yīng)指的是兩個(gè)及兩個(gè)以上的獨(dú)立反應(yīng)在催化反應(yīng)體系中相繼發(fā)生的過程。 

串聯(lián)催化反應(yīng)過程中不需要另外分離和提純的步驟，可以減少反應(yīng)步驟、能量消耗和副產(chǎn)物的產(chǎn)生，可以最大化節(jié)省反應(yīng)物用量，有效提升催化反應(yīng)的效率。 

串聯(lián)催化反應(yīng)中，所有催化劑在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段均已加入到催化反應(yīng)體系中，在催化反應(yīng)過程中無需添加催化劑，有效優(yōu)化復(fù)雜的反應(yīng)過程。

串聯(lián)催化反應(yīng)中的串聯(lián)可以有兩種含義： 

①兩種不同的催化反應(yīng)機(jī)理同時(shí)作用； 

②催化反應(yīng)一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)進(jìn)行。

串聯(lián)催化反應(yīng)通常分為 

1. 正交串聯(lián)催化反應(yīng) 

2. 自串聯(lián)催化反應(yīng) 

3. 輔助串聯(lián)催化反應(yīng)

1. 正交串聯(lián)催化反應(yīng) 

正交串聯(lián)催化的特征是互相獨(dú)立，正交催化過程中會(huì)涉及到兩種及兩種以上不同作用且互不干擾的催化劑，如示意圖1所示，反應(yīng)物A首先與催化劑A進(jìn)行反應(yīng)，得到產(chǎn)物A，在進(jìn)行下一級反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)物A作為反應(yīng)物B與催化劑B進(jìn)行反應(yīng)生成產(chǎn)物B。 

在正交串聯(lián)催化反應(yīng)中，一旦發(fā)生催化反應(yīng)A，生成產(chǎn)物A，兩個(gè)催化反應(yīng)將同時(shí)進(jìn)行。 正交串聯(lián)催化反應(yīng)因整個(gè)反應(yīng)體系中包含兩種及兩種以上的催化劑，可有效避免因單一催化劑造成的反應(yīng)局限性。

圖1. 正交串聯(lián)催化反應(yīng)示意圖

2. 自串聯(lián)催化反應(yīng) 

自串聯(lián)催化反應(yīng)指的是通過單一催化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程包含兩種及兩種以上的不同反應(yīng)機(jī)理。在自串聯(lián)催化反應(yīng)開始前，需事先將反應(yīng)中所需要的所有反應(yīng)物和催化劑加入到反應(yīng)體系中，在觸發(fā)第一個(gè)催化反應(yīng)后，其他后續(xù)反應(yīng)會(huì)自發(fā)地接連發(fā)生，如圖2所示，反應(yīng)物A通過催化劑A轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物A，然后產(chǎn)物A作為反應(yīng)物B進(jìn)入下一個(gè)反應(yīng)，再次通過催化劑A得到產(chǎn)物B。 

在理想狀態(tài)下，自串聯(lián)催化反應(yīng)是根據(jù)反應(yīng)物分子的轉(zhuǎn)化依次進(jìn)行的，但宏觀意義上，他們是同時(shí)反應(yīng)的。

圖2. 自串聯(lián)催化反應(yīng)示意圖

3. 輔助串聯(lián)催化反應(yīng) 

輔助串聯(lián)催化反應(yīng)是在反應(yīng)過程中，通過改變原有的反應(yīng)條件來改變催化反應(yīng)機(jī)理，可以擴(kuò)大原本單一催化劑的催化轉(zhuǎn)化范圍、性能和選擇性，如圖3所示，催化劑A可完成第一步催化反應(yīng)過程，當(dāng)向反應(yīng)體系中添加輔助試劑后，催化劑A轉(zhuǎn)變?yōu)榇呋瘎〣，對反應(yīng)物進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化。 

與自串聯(lián)催化反應(yīng)不同的是，輔助串聯(lián)催化反應(yīng)中的兩種反應(yīng)不能同時(shí)發(fā)生。

圖3. 輔助串聯(lián)催化反應(yīng)示意圖

針對以上不同類型的串聯(lián)催化反應(yīng)，泊菲萊科技推出適用于非均相串聯(lián)催化反應(yīng)裝置——PLS-MRRS催化反應(yīng)系統(tǒng)，適用于甲烷重整反應(yīng)、甲醇-H₂O重整反應(yīng)、CO₂還原反應(yīng)、加氫反應(yīng)、費(fèi)托合成、VOCs降解和CO氧化反應(yīng)等催化反應(yīng)類型。 PLS-MRRS催化反應(yīng)系統(tǒng)采用固定床式反應(yīng)器類型，可允許氣體和液體同時(shí)參與反應(yīng)，可根據(jù)自身反應(yīng)需要選擇單一反應(yīng)爐或多個(gè)反應(yīng)爐，目前最多可擴(kuò)展至四級串聯(lián)反應(yīng)爐。

 注：串聯(lián)催化反應(yīng)講解部分是筆者根據(jù)參考文獻(xiàn)進(jìn)行翻譯和匯總，筆者水平有限，如有錯(cuò)誤，請大家指正！

參考文獻(xiàn)