催化原理绪论1.doc

本文由xuexili725com贡献 ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看 催化原理 Principles of catalyst 吴广文 武汉工程大学 催化科学与技术 催化原理 催化作用理论 催化剂制备 催化剂表征 催化剂评价与应用 工业催化 1.多相催化科学与技术 多相催化科学与技术 催化科学与技术八大领域 2.均相催化科学与技术 包括负载络合催化 均相过程多相化 均相催化科学与技术(包括负载络合催化 均相过程多相化) 均相催化科学与技术 包括负载络合催化, 3.光,电催化科学与技术 光催化与电极催化过程 光 电催化科学与技术 光催化与电极催化过程) 电催化科学与技术(光催化与电极催化过程 4.酶催化科学与技术 酶的结构与性能 酶改性 酶浓集和固定化 酶催化科学与技术(酶的结构与性能 酶改性,酶浓集和固定化 酶催化科学与技术 酶的结构与性能,酶改性 酶浓集和固定化, 酶的分离和负载以及仿酶催化) 酶的分离和负载以及仿酶催化) 5.催化分离科学与技术 催化蒸馏 催化膜反应 催化萃取 催化分离科学与技术(催化蒸馏 催化膜反应,催化萃取 催化分离科学与技术 催化蒸馏,催化膜反应 催化萃取) 6.催化材料科学与技术 催化材料科学与技术 7.催化剂制造科学与技术 沉淀法 浸渍法 沉淀沉积法 溶胶凝胶 催化剂制造科学与技术(沉淀法 浸渍法,沉淀沉积法 催化剂制造科学与技术 沉淀法,浸渍法 沉淀沉积法,溶胶凝胶 超临界反应法, 生物法制酶等). 法,超临界反应法 等离子体法 生物法制酶等 超临界反应法 等离子体法,生物法制酶等 8.催化剂性能表征和催化研究方法 催化剂性能表征和催化研究方法 下一章 结束 催化作用 改变化学反应的速度，控制反应方向和产物构 成 反应物 催化剂 催化剂－ 催化剂－反应物 产物 第一章 绪论 §1—1催化作用与催化剂 催化作用与催化剂 1836年 J.J.Berzelius提出 提出Catalysis 催化作用 年 提出 希腊语Cata-下降 ；lysis-分裂或破裂 概念 希腊语 下降 分裂或破裂 认为催化剂破坏阻碍分子反应的正常力， 认为催化剂破坏阻碍分子反应的正常力，与催 化作用相伴有催化力存在 Berzelius的贡献 Catalysis 概念 的贡献 后来证实: 根本不存在所谓“催化力” 根本不存在所谓“催化力” 后来证实 (w.Oswald)催化剂能改变化学反应速率、本身 催化剂能改变化学反应速率、 催化剂能改变化学反应速率 不参与产物的物质，催化剂的这种作用－ 不参与产物的物质，催化剂的这种作用－催化 作用 —、催化与工业 、 —、催化与工业 、 催化剂的研究与开发－ 催化剂的研究与开发－现代化学工业的核心 密不可分。

化学工业的巨大成就与催化剂 - 密不可分 无机化工NH3 HNO3 H2SO4 石油化工 催化裂化重整 有机化工 甲醇 丁辛醇 乙酸 丙酮 煤化工 催化液化与气化 高分子化工 三大合成材料 1860年CuCl2催化 催化HCl制Cl2 Deacon工艺 应用 年 制 工艺 至今 1902年(Oswald)以Pt为催化剂 3氧化制 为催化剂NH 氧化制NO工 年 以 为催化剂 工 艺，进而制硝酸 —、催化与工业 、 1902年(Sabatier)发明镍催化加氢工艺，奠定油 年 发明镍催化加氢工艺， 发明镍催化加氢工艺 年获Nobel prize 脂加氢基础， 脂加氢基础，1912年获 年获 1905年Ipatieff 白土 年 白土cat 实现脱氢、异构反应 实现脱氢、 1910年(Haber)等 年 等 锇（OS）成功合成 3 成功合成NH 又与(Bosch) (Fe)合成 3 闭路高压系统 合成NH 又与 合成 1919 Haber和1931 Bosch分别获 分别获Nobel prize 和 分别获 1913年由巴登苯胺纯碱公司建立合成氨工厂 年由巴登苯胺纯碱公司建立合成氨工厂 —、催化与工业 、 1929年法国 年法国E.J.Houdry催化裂化工艺 年法国 催化裂化工艺 1937年Ipatieff和学生 和学生Haensel创建催化 年 和学生 创建催化 重整工艺 3%Pt 昂贵 后来Chevnon Pt-Re 双金属 ％～ 双金属0.2％～ 后来 0.7% Pt推动了石油化工 例三烯、三苯 推动了石油化工 例三烯、 50年代初 年代初K.Ziegler和G.Natta 聚合催化 年代初 和 年同获Nobel prize 聚乙烯、 年同获 聚乙烯、聚丙烯 1963年同获 在化学工业中利用催化剂参加的反应过程 占90％以上。

％以上 —、催化与工业 、 20世纪 70年代 美国莫比尔Mobil 公司 20 世纪70 年代 美国莫比尔 Mobil公司 世纪 70 Mobil 合成ZSM ZSM合成 ZSM-5 对反应物和产品按分子大 择形催化” 小由筛分作用 “择形催化” 重要催化剂和催化反应 1900 1910 19201930-40 氨氧化生产硝酸 *合成氨催化工艺 合成氨催化工艺 CO+H2合成甲醇 FT合成 合成 催化裂化 催化重整 合成橡胶(丁苯 丁腈, 丁苯, 合成橡胶 丁苯 丁腈 丁基) 丁基 聚乙烯,丙烯 聚乙烯 丙烯 加氢裂化 丙烯腈 低压合成甲醇 汽车废气处理 甲醇合成汽油 新型聚烯烃 Pt Fe Cu-Cr Fe-Co-Ni Si-Al Pt/Al2O3 过氧化物 Ziegler-N Zeolit Bi-Mo Cu-Zn-Al Pt-Pd ZSM-5 甲基铝氧烷 1950 1960 1970 1980 1990 二、催化剂特征 1．催化剂可以同时改变正逆化学反应的速度 催化剂可以同时改变正逆化学反应的速度 催化剂可以同时改变正逆化学反应的速度 催化剂在化学反应中的其“桥梁”作用， 催化剂在化学反应中的其“桥梁”作用，但在 反应前后其化学状态不发生改变。

反应前后其化学状态不发生改变 催化作用一般加速反应，即物质的催化活性 催化作用一般加速反应，即物质的催化活性 加速反应 活性 如 N 2 + H 2 ?高温 → 几乎不反应 ? ? Fe NH 3 但 ?→ 少数催化剂为了降低反应速率，则称负 少数催化剂为了降低反应速率，则称负催化 剂 二、催化剂特征 2．催化剂不能改变平衡状态，只能降低反 ．催化剂不能改变平衡状态， 应活化能，增加达到平衡状态的速率 应活化能，增加达到平衡状态的速率 G = RT ln K a 催化剂只能在化学热力学上可行的反应中， 催化剂只能在化学热力学上可行的反应中， 化学热力学上可行的反应中 从动力学上对反应施加影响， 从动力学上对反应施加影响，提高其达到平 衡状态的速率 不改变反应Gibbs自由焓 速率， 自由焓 衡状态的速率，不改变反应 自由焓 对可逆反应，催化剂同时增大正、 增大正 对可逆反应，催化剂同时增大正、逆反应 的速率 二、催化剂特征 3、催化剂能选择性地加速主反应（目的） 、催化剂能选择性地加速主反应（ 选择性地加速主反应 对于不同的反应物质的催化活性不同 C2H5OH Cu MoO CH3CHO + H2 C2H4 + H2O CH2 CH2 + O2 Ag CH2 O CH2 CO2 + H2O 二、催化剂特征 4．催化剂的寿命 ． 参加反应后的催化剂， 参加反应后的催化剂，由于受热和原料中杂质 作用，发生物化参数变化，使催化活性下降， 作用，发生物化参数变化，使催化活性下降， 即部分或全部失去活性。

即部分或全部失去活性 评价催化剂优劣指标：活性、选择性、寿命 评价催化剂优劣指标：活性、选择性、寿命 指标 其重要性的顺序： 其重要性的顺序： 选择性>寿命 活性 选择性 寿命>活性 寿命 活性 三、催化科学的任务 (一)理论方面 一 理论方面 1．催化反应机理尤其表面物种与表 ． 面反应的深入研究 机理研究一般比工业实际应用滞后 10－20年 － 年 2．创新研究方法组合技术研究设计 ． p231 3．催化剂的计算机辅助设计p229 ． 三、催化科学的任务 4．开发新的催化反应 ．开发新的催化反应 (1)小分子的活化 小分子的活化 小分子的活化 (2)生物催化反应一酶 生物催化反应一酶 (3)发展新催化技术一如光、催化促成 发展新催化技术一如光、 发展新催化技术一如光 水的分解 水的分解 5．催化反应工程学的研究 用于工业放 ．催化反应工程学的研究—用于工业放 大 三、催化科学的任务 (二)工业技术方面 二 工业技术方面 1．资源的有效利用 ． 动向： 发展一碳化学 发展一碳化学； 开发生物 动向：(1)发展一碳化学；(2)开发生物 贮能体； 发展烷烃的化学利用 发展烷烃的化学利用。

贮能体；(3)发展烷烃的化学利用 2．节能 ． 3．环境保护 ． 4．开发新产品 ． §1-2催化反应和催化剂的分类 催化反应和催化剂的分类 一、按催化系统物相的均一性 1.均相催化反应 均相催化反应 反应物和催化剂处于同一相中的反应 NO 1 O2 ??→ SO3 SO2 + 2 C12 H 22 O11 + H 2 O ??→ 2C 6 H 12 O6 H+ 催化剂以分子态 或离子 存在，传质传热好， 催化剂以分子态(或离子 存在，传质传热好， 分子态 或离子)存在 催化效率高，问题－ 催化剂分离困难 催化效率高，问题－ 催化剂分离困难 一、按催化系统物相的均一性 2．非均相催化(多相催化 ．非均相催化 多相催化 多相催化) SO2 ( g ) 1 O2 ( g ) ?V2O5 ( s ) → SO3( g ) + ?? 2 C6 H 6(l ) + 3H 2( g ) ?Ni (?→ C6 H12 ?S ) 固体催化剂只能以其表面与反应物接触， 固体催化剂只能以其表面与反应物接触，而固 体体相内部组份不能起催化作用， 体体相内部组份不能起催化作用，除化学过程 本身的阻力外，附加了相际传递阻力 相际传递阻力， 本身的阻力外，附加了相际传递阻力，传质传 热差,故非均相催化过程的反应动力学更加复杂 故非均相催化过程的反应动力学更加复杂。

热差 故非均相催化过程的反应动力学更加复杂 一、按催化系统物相的均一性 但催化剂分离或更换非常简单 但催化剂分离或更换非常简单 拟均相体系： 拟均相体系： C 2 H 4 ( g ) + O2 ( g ) ?? ? ? ? ?→ CH 3 CHO( g ) PdCl2 + CuCl2水溶液 3．酶催化 ． 兼有均相催化和多相催化的一些特性 二、反应单元分类 催化加氢、催化脱氢、催化氧化、 催化加氢、催化脱氢、催化氧化、催化 裂化、催化水合等…… 裂化、催化水合等 同一反应单元的反应， 同一反应单元的反应，其反应机理却不 如催化氧化 同，如催化氧化 烯丙基型氧化 Bi ? ? O CH 3 CH = CH 2 + O2 ??Mo?→ CH 2 = CH ? CH。