催化作用的定义与特征.ppt

第2章 催化作用与催化剂• -本章主要内容 –催化剂的基本概念和催化作用的基本特征 –催化剂的组成与功能 –工业催化剂的基本要求2.2.1催化剂的组成• 工业催化剂通常不是单一的物质，而是由多种物 质组成• 绝大多数催化剂有三类可以区分的组分： • 活性组分、载体、助催化剂 • (1)活性组分：它是催化剂的主要成分 • 一种物质组成:乙烯氧化制环氧乙烷的银催化剂，活性组 分就是银单一物质， • 多种物质组成:如丙烯氨氧化制丙烯腈用的钼—铋催化剂 ，活性组分就是由氧化钼和氧化铋两种物质组合而成• 活性组分的选择是首要步骤，但以经验为主经验， 总结，找规律） • 分类：金属、半导体和绝缘体 • 分类的目的： • 容易寻找规律性便于研究新产品，容易处理，信息 便于交流和传播（垃圾，目录）• (2)载体：载体是催化活性组分的分散剂、粘合 物或支撑体，是负载活性组分的骨架 • 负载型催化剂：将活性组分、助优化剂组分负载 于载体上所制得的催化剂 • 载体分类：低比表积、高比表面积 • 比表面积：比表面积是指单位（质量）物料所具 有的总面积。

分外表面积、内表面积两类 • 载体的影响：催化剂的活性、选择性，热稳定性 ，机械强度，关催化过程的传递特性 • 在筛选和制造优良的工业催化剂时，需要弄清载 体的物理性质和它的功能• (3)助催化剂： • 助催化剂特点： • 少量，辅助成分，没有活性或者活性很小，功效 大，助含量效应常比载体的含量效应敏感 • 增泡剂：椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧 化胺 • 增稠剂：纤维素醚及其衍生物类、缔合型碱溶胀 增稠剂和聚氨酯增稠剂、淀粉煮汤• 助催化剂作用： • 改变催化剂的性质：化学组成、化学结构、离子 价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、孔结构、 分散状态、机械强度等，从面提高催化剂的活性 、选择性、稳定性和寿命 • 促进载体功能的热稳定性• 助催化剂问题复杂：元素状态加入，化合状态加 入加入一种，加入多种，助催化剂之间发生交 互作用• 助催化剂（作用机理）分类：结构型和电子型 • 结构型助催化剂：提高活性组分的分散性（使晶 粒分散不易烧结）、热稳定性（形成高熔点的化 合物、固熔体）、也可提高活性 • 电子型助催化剂：改变主催化剂的电子结构，促 进催化活性及选择性金属的催化活性与表面电 子授受能力有关。

• P24合成氨例子• 2.2.2截体的功能 • 催化指标：活性、选择性和稳定性 • 工艺流程的改进：先追求选择性，其次是稳定性 ，最后是活性 • 新开发的工艺及其催化剂：高活性、高选择性， 最后才是稳定性• 2.2.2截体的功能 • （1）提供有效的表面和适宜的孔结构 • (2)增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定 的形状 • (3)改善催化剂的传导性： • (4)减少活性组分的含量 • (5)载体提供附加的活性中心 • （6）与活性组分发生相互作用• （1）提供有效的表面和适宜的孔结构 • 载体特点：高熔点物，热稳定，一定的宏观结构，（相 对价格低） • 活性组分：一般无以上特点 • 催化剂需要一定的宏观结构（由载体决定）：比表面、 孔结构、孔隙率、孔径分布等， • 载体的作用：提供有效的表面（维持活性组分高度分散 ），适宜的孔结构 • 降低催化剂的烧结和聚集；对催化剂的活性和选择性会 有很大的影响• 分散度：指催化剂表面上暴露出的活性组分的原子数 占该组分在催化剂中原子总数的比例• (2)增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定 的形状： • 催化剂的机械强度：抗磨损、抗冲击、抗重力、 抗压和适应温变、相变的能力。

• 机械强度高的催化剂，能够经受住颗粒之间、颗粒与气 流、器壁之间的磨损，催化剂运输、装填时的种击，自 身的重量负荷，温变、相变所产生的应力，颗粒孔隙中 结焦产生膨胀等而不致破裂或粉碎 • 机械强度差的催化剂，由于上述种种过程导致其破裂或 粉化，导致流体分布不均，增加床层阻力，乃至被迫停 车• (3)改善催化剂的传导性（热传导）• 为了适应工业上强放(吸)热反应的需要，栽体一 船应具有较大的热容和良好的导热性，使反应热 能迅速传递出(进)去，避免局部过热而引起催化 剂的烧结和失活，或设备损坏还可以避免高温下 的副反应，从而提高催化剂的选择性• (4)减少活性组分的含量： • 使用贵金届(加Pt、Pd、Rh等)催化剂时，采用栽 体格活性组分高度分散，减少用量有重要意义 • 降低烧结和聚结• (5)载体提供附加的活性中心： P26，• （6）与活性组分发生相互作用• 溢流现象：定义、必要条例P26• 强相互作用• 2.3 对工业催化剂的要求• 三个方面的基本要求： • 活性、选择性和稳定性或者说寿命 • 其他要求：环境友好、生物相容、粒度大小和外 形、导热性能、比热容、制造工艺、重现性、再 生性• 2.3.1 活性和选择性指标• 活性：指催化剂影响反应进程变化的程度。

• 活性的表达方式： • 给定温度下完成原料的转化率来表达；活性越高 ，原料转化率的百分数越大 • 完成给定的转率所需要的温度表达，温度越低活 性越高 • 完成给定的转化率所需要的空速表达空速越高活 性越好• 空速是指单位时间里通过单位催化剂的（原料）的量，它 反应了装置的处理能力 空速有两种表达形式，一种是体积空速，另一种是质量空速 体积空速=原料体积流量（20℃，m3.h-1）/催化剂体积（m3） 质量空速=原料质量流量（㎏.h-1）/催化剂质量（kg） 空速的最终单位是h-1，反映的是物料在催化剂床层的停留时 间： 空速越大，停留时间越短，反应深度降低，但处理能力增大 ； 空速越小，停留时间越长，反应深度增高，但处理能力减小 。