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第二章 催化作用模式及 相关基本原则
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第二章 催化作用模式及相关基本原则
2.1 催化作用基础
2.2 催化作用的前奏——化学吸附
2.3 多相催化作用模式
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2.1 催化作用基础
工业催化在国计民生中的作用
石油炼制:
石油炼制是指对不同沸点的石油馏分经催化转化成各种燃料油,润滑基础油,化工原料的过程。
催化剂反应过程要有催化裂化,催化重整,催化加氢处理等。化工反应工艺则有固定床、流化床、提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常压渣油催化裂化等。
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实际应用:不列颠之战:催化剂代表胜利!
德国纳粹在1940年空袭
英国人口密集大都市,
使英国损失惨重,但也
激起了英国人民同仇敌
忾……
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辛烷值100的燃料起了重要作用,比起1940.5法国战役中所用的辛烷值87的燃料,它使英军飞机爆发加速能力提高50%。用同样的飞机,但采用新燃料,使英国的飞机飞得更高、更机动、更快!
对这个胜利做出不朽贡献的新燃料,正是美国环球油品公司(UOP)发现和开发的硫酸催化剂所生产的烷基化汽油。
硫酸催化剂已部分被HF取代作为汽油烷基化催化剂。
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石油化工:
石油化工是指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的催化过程。包括一些基本有机化工原料合成的催化过程。
一些重要的催化过程有:催化加氢与脱氢;催化水合与脱水;烃类的异构和芳构;芳烃烷基化,歧化及烷基转移;烯烃二聚及齐聚等。
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精细化工:
精细化工是指对基本化学工业生产的初级或次级化学品进行深加工,特别具有特定功能,特定用途且附加值高的化工产品的化工过程。
涉汲到氧化反应,还原反应,碳链增减反应,重排反应,杂环合成反应,不对称合成工艺等。
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2.2 催化作用的前奏——化学吸附
2.2.1 活性部位
了解正确的表面活性中心类型、迁移和扩散过程、体相 的热传导和电子传递性能。
化学吸附实验是传统有效的表征方法(稳态法、动态法 TPD)。
原位红外技术:确定表面活性部位、动态吸附过程。酸 中心、碱中心,酸类型(Br?nsted acid, Lewis acid),酸强度及分布,酸量。
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例子:
金属催化剂:
利用探针分子CO, H2等化学吸附观察金属的分散状态。与TPD结合,给出活性中心数目、能量上的差别、金属在载体上的分散状态。
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1、术语
? 吸附:气体或液体在固体表面上,或气体在液体表面上
的富集过程 ,这种现象也称之为吸附现象
? 脱附:吸附的逆过程
? 固体表面层:与吸附物产生相互作用的表面层,一般只
有几个原子层厚度。
2.2.2 表面化学吸附键
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2、术语
? 吸附物:流体中能被吸附的物质,也称吸附质。
? 吸附态:吸附质在表面吸附后的状态。
? 吸附剂:能起吸附作用的物质。
? 吸附中心:吸附是发生在吸附剂表面上的局部位置
? 表面吸附络合物:指得是吸附中心与吸附质共同构成的结合体。
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3、吸附热效应
吸附物在吸附剂上的吸附所产生的热效应。
? 表面吸附常常是放热的,这是吸附的必然结果
因为,吸附物在吸附剂上的吸附过程都是
自发过程,即:
自由能 ΔG吸<0
而 ΔG吸=ΔH吸—TΔS吸
即 ΔH吸—TΔS吸<0
所以 ΔH吸<TΔS吸
换句话说,若ΔS吸为负值,则ΔH吸也必
为负值。此时,吸附为放热过程。
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?
吸附物在吸附剂表面上形成了一个更为有序的体
系,吸附物分子的自由度数必然减少,所以ΔS吸<0
是这种吸附的必然结果,即ΔH吸<0。
? 对物理吸附来说,被吸附的分子一定不发生解离,
物理吸附一定是放热的。
? 对化学吸附来说,被吸附的分子会有两种情况:解
离与不解离。
不解离的化学吸附,有ΔS吸<0,吸附过程一定
是放热的解离化学吸附,可能有ΔS吸<0或ΔS吸>0,这
样,吸附过程就可能为吸热的
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