工业催化复习课件.ppt

Catalysis in Industrial Processes E-mail:liu_fang11@ 1.1 课程的性质和任务 性质 化工专业和能源工程专业的选修课 主要任务 使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础。 现代化学工业过程： 90%以上的化工反应过程是催化过程。 催化剂直接销售额100亿美元/年。 催化剂消耗量100万吨/年。 产生的产品价值10000亿美元/年。 催化剂市场 全球催化剂销售额（美元） 1975年8.2亿 1980年11.9亿 1985年25.08亿 1990年59.84亿 1995年85亿 1996年90亿 2000年100亿 2001年105亿 2007年135亿 市场地域结构 美国是全球最大催化剂市场，约占全球销售额的36.4%，欧洲国家为28%，日本为12.2%，其它亚洲和中南美洲国家约占23.4%。 市场的需求结构 1.2 课程的主要内容 工业催化剂的发展简史 催化作用的基本原理 各类催化剂及其催化作用 催化技术在能源环境方面的应用以及新型催化材料和新的催化技术 催化剂的设计、制备、使用及其活性评价与表征 1.3 工业催化的发展简史 萌芽时期（20世纪以前）： 1740年J.Ward建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生NO2作催化剂，将SO2氧化为SO3生产硫酸，成为开发工业催化剂的开端。 1831年Phillips发现Pt可以提高SO2氧化为SO3的效率。 1875年德国人E.Jakob建立了第一座生产发烟硫酸的接触法装置，并制造所需的铂催化剂，这是固体工业催化剂的先驱。铂是第一个工业催化剂。 1879年为了提高使用寿命又改用V2O5-K2SO4/硅藻土催化剂，至今一直沿用此催化体系。 表1 ：20世纪工业催化剂重大发明 1.4 催化发展的新领域 环境保护和环境友好的催化技术 环境催化：运用催化剂控制或消除环境不能接受的化学物质的排放，包括运用催化剂生产少污染或无污染、废弃物最少的有价值的新产品工艺。 环境友好工艺（绿色化学）：无污染工艺， 对催化剂的要求更高：活性极高，基本不失活，接近100%的选择性，不使用水以外的溶剂 新能源开发的催化技术 煤基（石油基）能源工业：多相催化技术。 催化技术可以在很宽的温度、压力范围内起作用，其技术的经济意义在于：能由多变的原料生产出达到质量要求的燃料；能按多变的要求调变不同的燃料；能高选择性地生产高附加值的产品。 其他能源 太阳能：光电催化体系 水能：复合半导体催化剂 生物质能：生物催化技术 新材料合成的催化技术和新型催化材料 催化技术是化工生产技术不断进步的主要动力。 聚合物材料：20世纪50年代，高聚物材料随着Ziegler-Natta型催化剂及聚合技术的出现起步；而催化剂的研发是聚烯烃升级换代的核心。 新型的催化材料：沸石分子筛（微孔，中孔）；炭材料；碳化物；氮化物和无机膜材料等。 生物催化技术 生物技术是当今世界三大前沿科学技术之一。 生物资源加工和发酵 各类生物基因组学 生物催化：利用生物催化剂（微生物或酶）来改变化学反应的速率。核心是酶催化 手性催化技术 手性物体：不能与其镜像重合的物体。 对映体： 互为对映体的两个分子结构从平面上看完全相同，但在空间上完全不同。（手性） 手性催化技术研究内容： 手性配体的设计、合成和应用 不对称合成反应 组合催化技术和催化高通量合成评选 组合化学技术的核心步骤是将结构不同的基础模块经反复连接，合成数目众多的相关化合物（化合物库），然后进行鉴定、性能筛选，得出一组具有目标特性的化合物结构。 探索和发展有效的合成战略与建立高灵敏度、高选择性的鉴定、筛选方法是开展组合化学技术研究必须解决的难题。 组合催化技术 纳米催化技术 纳米 尺度催化剂：活性组分以纳米尺寸的粒子分在在高比表面积的载体上。超细金属催化剂，过渡金属氧化物超细催化剂，超细分子筛催化剂，纳米膜催化剂。 纳米结构催化剂：纳米微孔分子筛；纳米介孔分子筛；碳纳米管；纳米纤维；纳米膜 微化学反应体系中的催化技术