环境功能材料-5-催化与催化剂.ppt

催化剂能够改变化学反应的反应速度 却不改变化学反应热力学平衡位置 例子：N2+H2--------NH3 1、催化剂参与反应物之间的化学反应 2、通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值大大减少。 结果： 催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工业化生产。 催化剂的发展历史 1875年??真正具有工业意义的催化过程: 在工业上实现接触法生产硫酸 SO2 + O2 = SO3 --- H2SO4 cat. V2O5 将硫或硫化铁通空气在燃烧室煅烧生成二氧化硫然后在五氧化二钒的催化作用下二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫再在吸收塔内用98%的浓硫酸吸收生成发烟硫酸。 合成氨 1913年左右：N2 + H2 = NH3 cat. Fe Haber(1919) 弗里茨·哈伯，德国化学家，出生在德国一个犹太人家庭。1909年，成为第一个从空气中制造出氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，加速了世界农业的发展，因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。一战中，哈伯担任化学兵工厂厂长时负责研制、生产氯气、芥子气等毒气，并使用于战争之中，造成近百万人伤亡，遭到了美、英、法、中等国科学家们的谴责。 40年代 催化裂化 C16H34 = C8H16 + C8H18 (Si-Al) 催化裂化 催化重整 C6H12 = C6H6 + 3H2 (Pt-Re) 它为石油的二次加工提供了基础. 1597年德国科学家在著书中最早记载有“催化现象”的资料 1836年“催化作用” 作为一个概念由瑞典科学家Berzelius提出, 他认为催化作用的物质应具有一种所谓的催化力, Katalytische Kraft --- Catalytic force 并引入了 catalysis 一词. 现代催化理论 1. 中间化合物理论：（以后的20多年中，以均相反应为基础） 通过对反应动力学和吸附作用的研究, 对催化剂的活性中心作了概念型的了解, 可见, 该学说本质上是从化学的角度去创立催化理论的, 所以, 中间化合物理论是一种“化学模型”. 2. 催化电子理论: （50年代，以固体能带模型为基础） 固体催化剂为研究对象. 认为它的性质是由能带效应控制。 这种模型把催化剂的活性归因于固体的电子(空穴)浓度以及他们转移能力的大小. 所以, 它是一种“物理模型”. 催化反应体系 三种催化反应机理 酸碱催化反应：反应物分子与催化剂之间发生质子的转移而使反应物分子中化学键进行非均裂，从而形成了活性物种. 如：异构化、环化、水合、脱水、烷基化  催化剂的组成 常见的载体 注意：不是所有cat. 都包含四部分 固体：1，3，4，部分含2。 液体： 无 4， 催化剂的寿命 催化剂的机械强度 气固相催化反应步骤 I). 反应物气体分子从气相扩散到固体催化剂表面; II). 气体分子从固体催化剂表面扩散到催化剂孔内内表面; III). 反应物在催化剂表面被吸附; IV). 在催化剂表面进行化学反应; V). 产物在催化剂表面脱附; VI). 产物由催化剂内表面向外 表面扩散; VII). 产物由催化剂外表面向本体扩散. End 催化剂的组成：主催化剂，共催化剂，助剂，载体。 A：主催化剂（主活性组分）: 在催化剂中产生活性的组分, 没有它Cat.就没有活性。 如：SO2氧化Cat，为V2O5-K2O-CaO/SiO2，加入K2O、 CaO可提高Cat.活性, 但无V2O5, Cat.无活性. B：共催化剂：即和主催化剂同时起作用的组分。 如：CuO-ZnO-Al2O3, CuO有好的活性，ZnO有活性，两者结合起来活性最好，所以ZnO为共催化剂。 C：助催化剂：（助剂，促进剂）本身无活性或活性较小，加入少量后，可大大提高Cat.的活性、选择性、寿命、稳定性等性能的物质。它又可以区分为： （1）结构性助剂：改变活性组分的物理性能。如：几何状态、孔结构、比表面使Cat.不易烧结。 （2）调变性（电子性）助剂：改变活性组分的电子结构（化学性能）来提高活性组分的活性和选择性等的物质。 V2O5-K2O-CaO/SiO2中： CaO：使V2O5微晶分散度提高，高温下延缓了微晶长大、烧结-结构性 K2O：使V2O5能级发生变化，改变了它的电子结构性能，提高了活性---调变性 D：载体：担载活性组分和助剂的物质。催化剂上活性物质的分散剂，支撑体。足够机械强度、多孔性的物质， 活性