第二章-吸附作用和多相催化-tl.ppt

第一节 多相催化的基本原理 一、五个基本步骤： 第一节 多相催化的基本原理 多相催化反应的化学过程 物理吸附与化学吸附区别 物理吸附是表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。具体地是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力。物理吸附就好像蒸汽的液化只是液化发生在固体表面上罢了。分子在发生物理吸附后分子没有发生显著变化。 化学吸附是在催化剂表面质点吸附分子间的化学作用力而引起的，如同化学反应一样，而两者之间发生电子转移并形成离子型，共价型，自由基型，络合型等新的化学键。吸附分子往往会解离成原子、基团或离子。这种吸附粒子具有比原来的分子较强的化学吸附能力。因此化学吸附是多相催化反应过程不可缺少的基本因素。 第三节 金属表面上的化学吸附 第三节 金属表面上的化学吸附 第三节 金属表面上的化学吸附 第四节 氧化物表面上的化学吸附 第四节 氧化物表面上的化学吸附 第四节 氧化物表面上的化学吸附 第四节 氧化物表面上的化学吸附 第五节 分子表面化学 第五节 分子表面化学 第五节 分子表面化学 第五节 分子表面化学 第五节 分子表面化学 第五节 分子表面化学 化学与化工学院 多相催化的反应步骤 1 吸附等温线 2 金属表面上的化学吸附 3 氧化物表面上的化学吸附 4 第二章 吸附作用和多相催化 A、反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； B、反应物分子在催化剂内表面的吸附； C、吸附态分子在催化剂表面上相互作用或与气 相分子相互作用进行反应； D、产物自催化剂内表面脱附； E、反应物在孔道内扩散并扩散到反应气流中去 外扩散和内扩散 外扩散 内扩散 反应物分子从颗粒外表面扩散进入到颗粒孔隙内部，或者产物分子从孔隙内部扩散到颗粒外表面的过程，称为内扩散过程。 反应物分子从流体体相通过附在气、固边界层的静止气膜（或液膜）达到颗粒外表面，或者产物分子从颗粒外表面通过静止层进入流体体相的过程，称为外扩散过程。 第一节 多相催化的基本原理 外扩散 阻力：气固（或液固）边界的静止层 消除方法：提高空速 内扩散 阻力：催化剂颗粒空隙内经和长度 消除方法：减小催化剂颗粒大小，增大催化剂空隙直径 为充分发挥催化剂作用，应尽量消除扩散过程的影响 4 3 2 1 反应物化学吸附生成活性中间物 活性中间物进行化学反应生成产物 吸附的产物经过脱附得到产物 催化剂得以复原 第一节 多相催化的基本原理 二、反应物分子的化学吸附 多相催化反应中的吸附为化学吸附；分为两步 第一步：物理吸附 作用力为分子间力，吸附力弱，吸附热小(8~20KJ/mol); 可逆、无选择性。 第二步：化学吸附 借助化学键力，吸附热大(40~800KJ/mol)、具有选择性和饱和性 固体表面有自由价，原子配位数小于体相原子的配位数； 表面原子受到一种向内的净作用力，吸附表面气体形成化学键； 第一节 多相催化的基本原理 二、反应物分子的化学吸附 三、表面反应 吸附到催化剂 表面的分子，只要温度足够高，就会成为活性物种，在固体表面迁移，随之发生化学反应。 第一节 多相催化的基本原理 四、产物的脱附 例如： 理想模型：①吸附表面是均匀的； ②吸附分子间无相互作用力； ③每个分子占据一个吸附位； 表达式： 第二节 吸附等温线 一、简单Langimuir吸附等温线 p/V对p作图： 一、简单Langimuir吸附等温线 第二节 吸附等温线 二、解离吸附的Langmuir等温式 解离吸附的示意式： 吸附速率方程： 脱附速率方程： 平衡时, 结论: 解离吸附分子在 表面上的覆盖率与分压的平方根成 正比.可用于判断所进行的吸附是否发生了解离吸附. 第二节 吸附等温线 三、竞争吸附 A、B分子在同一吸附位上的吸附，称竞争吸附。 令A、B的覆盖率分别为θA、 θB，则空位（1- θA - θB ）。 假设：两种分子的吸附都不发生解离，则： 第二节 吸附等温线 三、竞争吸附 平衡时, 表明:竞争吸附中，一种物质的分压增加，其表面覆盖率增加，而另一种物质的表面覆盖率减小。 第二节 吸附等温线 四、非理想的吸附等温式 典型：Freundlich等温式 成因： ①表面是非均匀的； ②吸附分子之间有相互作用力； ③发生多层吸附； Freundlich等温式： 式中，k：与T、吸附剂种类和表面积有关的经验常数。 n：是T和吸附物系的函数。 适用范围：吸附质的蒸汽压不可以太高，保证θ：0.2-0.8; 第二节 吸附等温线 五、BET吸附等温式 BET等温式是建立在Langmuir吸附理论的基础上. 有