l催化材料与工业催化剂设计.ppt

参 考 书 [1][澳]戴维L特里姆．工业催化剂的设计．金胜勇译．北京：化工出版社，1984 [2][美]L.L.赫格达斯, 催化剂设计-进展与展望．彭少逸等译, 北京: 烃加工出版社，1989 [3]黄仲涛等. 工业催化剂设计与开发.广州: 华南理工大学出版社, 1992 [4]潘履让．固体催化剂的设计与制备．天津: 南开大学出版社，1993 [5]吴越．催化化学．北京：科学出版社，2000 [6]甄开吉等编．催化剂作用基础．北京：科学出版社，2005 （第九章，固体催化剂设计） [7]王尚弟,孙俊全. 催化剂工程导论(第二版). 北京:化学工业出版社, 2006（第五章，工业催化剂的制备设计） [8]黄仲涛,耿建铭. 工业催化(第二版). 北京: 化学工业出版社, 2006(第10章,工业催化剂的设计) [9]黄仲涛，彭峰. 工业催化剂设计与开发. 北京: 化学工业出版社, 2009 [10]唐新硕. 催化剂设计. 杭州: 浙江大学出版社，2010 催化领域主要学术期刊 中文：催化学报 分子催化 英文： Applied Catalysis A: General Applied Catalysis B: Environmental (Top) Catalysis Today Journal of Catalysis (Top) Studies in Surface Science and Catalysis 第一章 绪论 催化剂的重要性----化学工业的基石和支柱 “没有催化剂，就不可能建立现代的化学工业” 应用领域：无机和有机化工、石油加工、煤化工、高分子化工、精细化工（生化、食品、医药等）、环保、能源 产值：195美元产品/1美元催化剂（美国商务部，1984年）,具有可观的直接经济效益和间接经济效益(广辟资源, 促进革新,降低成本,提高质量等) 绪论 催化剂和催化作用 A + B? C+ D 催化剂：1977年，IUPAC推荐的定义是：存在少量就能显著加速反应而本身最后并无损耗的物质称为该反应的催化剂。 催化作用的共同特征 1 不能改变反应的平衡,但能加速到达平衡时间(对可逆反应具有同样催化效果) ； 2 催化剂为反应开辟了一条新途径，降低了活化能 ； 3 催化剂具有选择性； 4 催化体系是热力学上可行的反应(?rGm?0) 。 绪论 催化剂的重要性 (化学反应实用化或工业化) 1使很难进行的反应变为实际可行.如H2+O2/Pt?H2O(燃料电池) 2 控制串联反应进行的程度. A?B?C?D （如B为中间物） 加催化剂可使反应几乎停止在某一阶段，获得预想的产物。 3 控制产物的选择性(如前图)。 催化常用术语 转化率[x]：某反应在给定反应条件下转化为产品（包括副产品）的百分数称为该反应物在该反应条件下的转化率。 产率[Y]：反应产物（目的物）的数量相对于起始反应物总量的百分数称为产率。 通常，产率[Y]=选择性[S]?转化率[x] 时空产率[STY]：催化反应中，反应物在单位时间内通过单位体积催化剂所得某一产物的数量，称为该产物的时空产率。 空速：单位时间内通过单位体积（或质量）催化剂的反应物体积（或质量）。如1h内通过1m3催化剂的反应物体积为1m3，其空速为：1m3(reactant)/[1m3(catalyst)·1h]=1h-1 其它术语还有：催化剂的稳定性、机械强度、密度（堆密度，颗粒密度，真密度）、比表面积、孔分布、中毒、寿命、活化、失活等 三个重要的催化评价指标 活性(转化率)+选择性+稳定性(寿命) 相对重要性(特定催化过程有其特定需要): 已有工艺的改进:选择性?稳定性?活性 新工艺(新催化剂): 活性?选择性?稳定性 催化作用简单原理 1 碰撞(collision)理论 k=pZexp(-E/RT) k为反应速率常数, p为空间因子(体系不变,为常数,1~10-9), Z为不同分子的碰撞数(包括a, 反应物分子与催化剂表面的碰撞[有效], b, 反应物分子间[无效], b??a, 1012倍), E为活化能。 催化作用简单原理 2 过渡态(transition state)理论 化学反应不是只通过简单的碰撞就能变成产物，而要经过一个由反应物分子以一定构型存在的过渡态，形成这个过渡态需要一定的活化能，故过渡态又称活化络合物，活化络合物与反应物分子间建立化学平衡，总反应速率由活化络合物转化成产物的速率决定（控速步骤）。 催化剂降低活化能实例 催化反应和催化剂分类 1 催化反应分类 (1)多相催化(heterogeneous catalysis) （气-固，液-固）---应用最广,机理复杂 (2) 均相催化(homoge