[理学]第一章 催化剂与催化作用.ppt

应用催化  Applied Catalysis 化学化工系 主要内容 1.1.1催化剂和催化作用 (Catalyst and Catalysis) 1.1.2 催化作用不能改变化学平衡 第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。 第二，对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这些副反应会引起催化剂性能变化。 1.1.3催化作用改变反应历程而改变反应速度 催化剂改变反应历程意味着 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。 1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性 催化剂选择性理解 1、不同催化剂对特定的反应体系有选择性（机理选择性） 2、催化剂因催化剂结构不同导致选择性（扩散选择性）。 1.2.1 催化反应分类 1.2.1 催化剂分类 元素周期律把元素分为主族元素(Ａ)和副族元素(Ｂ)。用做催化剂的主族元素多以化合物形式存在。 主族元素的氧化物、氢氧化物、卤化物、含氧酸及氢化物等由于在反应中容易形成离子键，主要用做酸碱型催化剂。但是，第Ⅳ～Ⅵ主族的部分元素，如铟、锡、锑和铋等氧化物也常用做氧化还原型催化剂。 而副族元素无论是金属单质还是化合物，由于在反应中容易得失电子，主要用做氧化还原型催化剂。特别是第Ⅷ过渡族金属元素和它的化合物是最主要的金属催化剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。但是副族元素的一些氧化物、卤化物和盐类也可用做酸碱型催化剂，如Cr2O3，NiSO4，ZnCl2和FeCl3等。 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.3.1 固体催化剂的组成 1.3.2固体催化剂的结构 1.3.2 固体催化剂的结构 催化剂的表示方法 通常： 1、用“/” 来区分载体与活性组分 如：Ru/Al2O3，Pt/Al2O3，Pd/SiO2 Au/C 2、用“-”来区分各活性组分及助剂 Pt-Sn/Al2O3，Fe-AL2O3-K2O 上节课： 1、催化剂能有哪些作用； 2、合成氨催化剂主要活性组分为Fe； 3、利用氧与有机物反应是合成有机物的主要手段，请问这一催化过程是部分氧化还原完全氧化过程？ 4、如何判断催化反应活化能大小？ 5、有一个催化过程，发现是连串反应：A→ B → C，请问减小C组分的生成？ 1.4.1 催化剂的反应性能 催化剂的活性 催化剂的选择性 催化剂的稳定性 转换频率（Turnover frequency） 指单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数。作为真正催化活性的一个基本度量。 1.4.2 对工业催化剂的要求 1.5.1 多相催化反应过程的主要步骤 1.5.2多相催化反应中的物理过程 1.5.3 多相催化反应的化学过程 1.5.4 多相催化反应的控制步骤 催化剂的选择性 选择性（S%） 选择性因素（选择度） 催化剂的稳定性 化学稳定性 耐热稳定性 抗毒稳定性 机械稳定性 A.工业催化剂是指具有工业生产实际意义，可以用于大规模生产过程的催化剂。 B.一种好的工业催化剂应具有适宜的活性、高选择性和长寿命。 C.工业催化剂的活性、选择性和寿命除决定于催化剂的组成结构外，与操作条件也有很大关系。这些条件包括原料的纯度、生产负荷、操作温度和压力等。 D.因此，在选择或研制催化剂时要充分考虑到操作条件的影响，并选择适宜的配套装置和工艺流程。此外，催化剂的价格也是要考虑的。 催化作用的特征 1 催化反应和催化剂的分类 2 固体催化剂的组成与结构 3 催化剂的反应性性能及对工业催化剂的要求 4 多相催化反应体系的分析 5 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。 气相反应物粒度和质量线速对转化率的影响 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 扩散过程影响的消除 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 1. 活性中间物种的形成 活性中间物种： 在催化反应的化学过程中间生成的物种，