催化作用导论第二章多催化反应过程.ppt

催 化 作 用 导 论 第二章 多相催化反应过程 §1 固体催化剂 一、固体催化剂的组成： 活性组分、助催化剂（促进剂）和载体 通常，一个多组分的催化剂，其表达方法是这样的： 如：加氢脱硫催化剂 Co-Mo / Al2O3? 主催化剂 助催化剂 载体 1、活性组分：也称主催化剂。是催化剂中起催化作用的主要组分，没有它就不存在催化作用。 有时是单一物质，例如合成氨催化剂中的Fe；SO2氧化制SO3催化剂中的V2O5等。有时是多种物质组成而成，如丙稀氨氧化制丙稀腈用的钼－铋催化剂，就是MoO和BiO组成的。 在寻找和设计某反应的催化剂时，首要步骤就是选择活性组分（催化剂的主要成分/主催化剂）。虽然目前催化科学的发展水平，已进入分子水平的设计，也有一些理论知识可作选择时参考，但总体上仍然是经验的，因此有人把它称为“技艺”。 2、助催化剂：也称助剂或促进剂。是催化剂中占量较少的物质。通常助催化剂本身是没有催化活性的。即使有也很小，但加入后可大大提高主催化剂的活性、选择性和寿命。 不同的主催化剂，其适宜的助催化剂也是不同的。而且助催化剂的添加量往往有一个最佳值。例如：氨合成催化剂的主催化剂是Fe，但是纯Fe的寿命非常短，根本无法工业化。后经反复实验，人们发现加入Al2O3和K2O后，不仅其催化活性大为提高，而且其使用寿命也延长到几年。这是因为助催化剂Al2O3和K2O的加入，改变了Fe催化剂的内部结构和电子特性。 这个例子可以说明，助催化剂在催化剂中的作用是必不可少的。 助催化剂可以元素状态加入，也可以化合状态加入，可以是一种，也可以是多种助催化剂协同作用。助催化剂的选择和研究是催化领域中十分重要的问题，属必威体育官网网址内容。在文献中通常不公开。 助催化剂按作用机理的不同，可以分为以下几种： 1）结构型：主要作用是提高活性组分的分散性和热稳定性。即通过加入助催化剂，使活性组分的晶粒隔开，防止烧结。如氨合成催化剂中的Al2O3。 2）电子型：其作用是改变主催化剂的电子结构，促进催化活性、选择性。如氨合成催化剂中的K2O。K2O是电子授体，加入后可将电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，从而提高了催化剂的活性。 另外，助催化剂也可以是促进载体功能的。如：SiO2或ZrO2加入Al2O3载体中，可以防止Al2O3载体（活性载体）在高温下（700℃）发生相变，转化成Al2O3（惰性载体）。 3）晶格缺陷助催化剂：使活性物质晶面的原子排列无序化，通过增大晶格缺陷浓度提高活性。 ※ 2）和3）又合称调变性助催化剂，因为其“助催”的本质近于化学方面；而结构性助催化剂的“助催”本质更偏于物理方面。 4）扩散助催化剂：用于工业生产的固定床催化剂，通常都加工成球状或柱状。这样，催化剂的有效利用率将显著下降。为了增大催化剂体相中的孔，使细孔内的扩散过程不致成为速度控制步骤，往往加入一些在焙烧时可以分解的有机物或硝酸盐，使催化剂保持一定孔隙率。 3、载体：是担载活性组分和助催化剂的组分。换句话说，是催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑物，是负载活性组分的骨架。 将活性组分、助催化剂负载于载体上所得到的催化剂称为负载型催化剂。 载体的主要作用是赋予催化剂以基本的物理结构和性能。如孔结构、比表面、宏观外形、机械强度等。同时，对主催化剂和助催化剂起到分散的作用。尤其是对贵金属催化剂，用载体负载后可大大减少主催化剂的用量，降低催化剂成本，又可提高其活性 。 载体的种类很多，如Al2O3，SiO2，MgO，硅藻土，石棉等等。可以是天然的，也可以是人工合成的。 载体的存在，往往对催化剂的宏观物理结构起着决定性的影响。一般地，我们可将载体分为低比表面、中等比表面及高比表面三类。其中，中等者，以1～50m2/g或1～100m2/g界定其上下限。 载体的功能： 1）提供有效的表面和适宜的孔结构。——催化剂的活性表面和孔结构对催化剂的活性和选择性影响很大，但有的活性组分本身不具备这种条件。所以通过将活性组分用各种方法负载于载体上，来使催化剂获得大的活性表面和适宜的孔结构。例：金属Ni、Ag等。因此，载体的比表面一般都较大，且多为高熔点物质，具有热稳定性。 2）增