环境催化2.ppt

催化分类 NSR催化剂的失活 Trimm 催化剂总体设计程序 催化剂设计程序 YukioYuneda 催化剂设计程序 3.1.3 热力学分析和化学反应的机理研究与催化剂设计 热力学分析与催化剂设计 对开发靶向反应等有关的反应进行热力学分析 换代产品的可能副反应 技术经济评估（反应经济性和催化剂经济性），避免不必要的弯路 催化剂本身纯粹是一个动力学因素，与被催化反应的热力学无关！ 化学反应机理研究与催化剂设计 反应机理：主要是指反应物分子与催化活性中心或基团作用后生成产物的真实历程和步骤，特别是在接近实际操作条件下的催化反应的真实步骤，包括其细节。 反应机理复杂！以往多用动力学特点分析研究吸附脱附规律而间接推断。 最近几十年随着现代仪器分析技术的发展和改进，发展了许多用于催化剂里的原位技术。主要有应用最为广泛的原位红外（IR）光谱技术和原位的拉曼（Raman）光谱技术。 3.1.4 催化材料的选择 主催化剂的选择 根据反应类型选择：如加氢反应，催化剂可选归金属或金属氧化物； 根据吸附和吸附热进行选择：有些情况下，主催化剂的材料可以从吸附热的数据去推断催化剂的活性； 根据几何对称性进行选择：如多位理论的基本观点，认为被吸附的质点的建厂和催化剂经各参数相一致。 根据电子态效应进行选择：此是基于“晶体场”和“配位场理论的计算结果”，认为中心离子的电子云结构在晶体场和（或配位场）的作用下，引起轨道能级的分裂，从这个角度可以解释过渡态金属化合物的一些性质。 助催化剂的选择 助催化剂：本身没有或活性很小，但加入到催化剂中，改变催化剂的组成、结构、离子价态、酸碱性、晶格、表面结构、孔结构、分散状态、机械强等，从而提高催化剂的活性、选择性、稳定性、和寿命等。 助催化剂 结构性助催化剂: 能增大表面，防止烧结，能提高催化剂主要成分的结构稳定性。 调变性助催化剂：改变催化剂活性物质的结构和化学组成，使活性物质的维晶形成晶格缺陷，产生新的活性中心；生成新的晶相，产生不同的催化性质；产生或增多催化剂中晶相间或微晶间活性界面的数目，以提高催化剂的活性和选择性。 3.1 催化剂载体 3.2.1 催化剂载体概述 把主催化剂、助催化剂等负载在载体上所制成的催化剂成为负载型催化剂。载体是催化活性物质的分散剂、黏合剂或支持物，使固体催化剂所特有组分。 物理作用 分散活性组分； 抑制晶粒增长； 提高选择性（如择性催化）； 支撑和导热 化学作用 生成新的化合物和固溶体，导致催化剂的活性和选择性发生改变。 设计双功能化催化剂 节约贵金属材料（例如铂、铑、钯等）的消耗，即把贵重金属材料分散附载在体积松大的物体上，以代替整块金属材料的使用。 使用强度较大的载体，提高催化剂的耐冲击能力，使用时避免逐渐粉化而增加反应其中的流动阻力。 催化剂载体的最初目的： 催化剂载体选择初始角度 物理、 机械性能 来源 价格 3.2.2 催化剂载体的作用 增加有效表面和提供合适的孔结构—增大催化剂的活性和选择性; 提高催化剂的机械强度：能抵抗摩擦、冲击、受压和由于温度变化、镶边等原因引起的各种应力的能力； 提高催化剂的热稳定性：催化剂烧结造成的催化剂减活，一般而言是不可逆的。 提供活性中心：有些载体，尤其是具有固体酸碱结构的载体也可以提供某种功能的活性中心。 催化剂载体的作用 （续） 与活性组分之间的相互化学作用； 增加催化剂的抗毒性能：由于载体使活性表面增加，降低对毒物的敏感性之外，在替换又分解和吸附毒物的作用； 节省活性组分的用量，降低成本； 均相催化剂的载体化：保持均相催化剂和非均相催化剂的共同优点，克服均相催化剂的难分离、易中毒及腐蚀反应设备的缺点。 3.2.3 催化剂常用载体 氧化铝 8种 惰性载体：比表面低，耐高温。耐化学性及机械强度高； 相互作用性载体：与催化剂活性相反应，使催化剂的活性组分分散到载体中，提高催化剂的热稳定性和抗毒性能； 起协同作用或双功能的载体：既起到活性组分的股价作用，又为催化剂活化做出贡献 硅胶 常规密度硅胶 中密度硅胶 低密度硅胶 又名无水硅酸，有很好的耐酸性、耐高温（500~600℃）、耐磨及较低的表面酸性，表面有OH基 活性碳 粉状碳（120~200目） 颗粒碳（定型不定型） 比表面积大，吸附能力强 氧化铝的催化活性主要来源于氧化铝表面上的路易斯酸（L酸）和布朗酸（B酸）。来源于： 焙烧过程中残留的羟基； 晶体结构中的缺陷，或是表面结构中原子的丢失而产生孔穴，或是洁净材料中的缺陷； 制备过程中带入的微量杂质离子 氧化铝脱水产生路易斯酸碱中心 “软化学”制备环境催化剂 沉淀—煅烧法 沉淀—煅烧法是采用各种水溶性的化合物经混合、反应生成不溶性的氢氧化物、碳酸盐、草酸盐或有机盐类，将过滤洗涤后的沉淀物