催化剂的性能及使用.ppt

第3章 催化剂的性能及使用 3.1 催化剂的基本特征 3.2 催化剂的分类 3.3 工业催化剂使用中的有关问题 3.3.1 工业催化剂的使用性能 3.3.2 催化剂的活化 3.3.3 催化剂的失活和再生 3.3.4 运输、贮存和装卸 据统计，当今90％的化学工业中均包含有催化(catalysis)过程，催化 剂( catalyst )在化上生产中占有相当重要的地位，其作用主要体现 在以下几方面。 1.提高反应速率和选择性 2.改进操作条件 3.催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术 4.催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用 ①借助催化剂从这些自然资源出发生产出数量更多、质量 更好的二次能源； ②在清除污染物的诸方法中，催化法是具有巨大潜力的一种。 3.1 催化剂的基本特征 催化剂：在一个反应系统中因加入了某种物质而使化学反应速率明显加快，但该物质在反应前后的数量和化学性质不变。 催化剂的作用：能与反应物生成不稳定中间化合物，改变了反应途径，活化能得以降低。 自催化作用：有些反应所产生的某种产物也会使反应迅速加快。 负催化剂或阻化剂：能明显降低反应速率的物质。 催化剂的三个基本特征： ①催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本身未发生化学性质和 数量的变化； ②催化剂只能缩短达到化学平衡的时间(即加速作用)，但不能改变平衡； ③催化剂具有明显的选择性，特定的催化剂只能催化特定的反应。 3.2 催化剂的分类 催化剂=活性组分+助催化剂+载体 3.2.1 活性组分 按催化反应体系的物相均一性分： 均相催化剂和非均相催化剂(固体催化剂)； 按反应类别分： 加氢、脱氢、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、异构化、芳构化、羰基 化、卤化等众多催化剂； 按反应机理分：氧化还原型催化剂、酸碱催化剂等； 按使用条件下的物态分： 1.固体催化剂：金属催化剂、氧化物催化剂和硫化物催化剂等； 2.液态催化剂：均相络合物催化剂； 以过渡金属如Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Mo、 W、Ag、Pd、Pt、Ru、Rh等为中心原子，通过共价键或配位键与各种配位体构成络合物，过渡金属价态的可变性及其与不同性质配位体的结合，给出了多种多样的催化功能。 优点：①以分子态均匀地分布在液相反应体系中，催化效率很高。 ②在溶液中每个催化剂分子都是具有同等性质的活性单位，因而只能 催化特定反应，故选择性很高。 缺点：催化剂与产物的分离较复杂，价格较昂贵。 3.酸催化剂比碱催化剂应用广泛； 4.工业用生物催化剂：活细胞和游离或固定的酶的总称。 优点：具有能在常温常压下反应、反应速率快、催化作用专一（选择性高）。 缺点：不耐热、易受某些化学物质及杂菌的破坏而失活，稳定性差、寿命短、对温度和pH值范围要求苛刻，酶催化剂的价格较昂贵。 3.2.2 助催化剂（促进剂）： 作用：提高活性或改善诸如机械强度、活性组分分散度、抗碳、抗烧结、抗水合等性能。 3.2.3 载体 特点：大比表面积，应具有足够的机械强度，使催化剂在储存、运输、装卸和使用中不易破碎或粉化。 3.3 工业催化剂使用中的有关问题 3.3.1 工业催化剂的使用性能 3.3.2 催化剂的活化 3.3.3 催化剂的失活和再生 3.3.4 运输、贮存和装卸 3.3.1 工业催化剂的使用性能 活性：在给定的温度、压力和反应物流量(或空间速度)下，催化剂使原料转化的能力。 选择性：指反应所消耗的原料中有多少转化为目的产物。 当催化剂的活性与选择性难以两全其美时， 若反应原料昂贵或产物分离很困难，宜选用选择性高的催化剂； 若原料价廉易得或产物易分离，则可选用活性高的催化剂。 寿命：其使用期限的长短，寿命的表征是生产单位量产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平上催化剂能使用的时间长短。 催化剂的寿命受以下几方面性能影响: ①化学稳定性：催化剂的化学组成和化合状态在使用条件下发生变化的难易。 ②热稳定性：指催化剂在反应条件下对热破坏的耐受力。 ③机械稳定性：指