第一章綠色催化劑簡介

1、綠色催化劑簡介綠色催化劑簡介主講：張德懿主講：張德懿石油化工學(xué)院石油化工學(xué)院目錄一、催化劑基本知識一、催化劑基本知識二、催化劑發(fā)展狀況二、催化劑發(fā)展狀況三、綠色催化劑的種類三、綠色催化劑的種類一、催化劑基本知識一、催化劑基本知識催化劑（催化劑（Catalyst）作用）作用 降低反應(yīng)活化能降低反應(yīng)活化能 有選擇地加快化學(xué)反應(yīng)速率有選擇地加快化學(xué)反應(yīng)速率 改變化學(xué)反應(yīng)歷程改變化學(xué)反應(yīng)歷程應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 催化劑是化學(xué)工藝的基礎(chǔ)，是許多化學(xué)反應(yīng)催化劑是化學(xué)工藝的基礎(chǔ)，是許多化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前大多數(shù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前大多數(shù)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)，均采用了催化反應(yīng)技術(shù)，據(jù)統(tǒng)計，

2、約，均采用了催化反應(yīng)技術(shù)，據(jù)統(tǒng)計，約85%化學(xué)品化學(xué)品是通過催化工藝生產(chǎn)的，新的化工過程有是通過催化工藝生產(chǎn)的，新的化工過程有80%以以上上是依靠催化技術(shù)來完成的。是依靠催化技術(shù)來完成的。特點： 催化劑只能實現(xiàn)熱力學(xué)上可以發(fā)生的反應(yīng)催化劑只能實現(xiàn)熱力學(xué)上可以發(fā)生的反應(yīng) 催化劑只能縮短或延長到達平衡的時間，催化劑只能縮短或延長到達平衡的時間，而不能改變轉(zhuǎn)化率而不能改變轉(zhuǎn)化率 催化劑具有選擇性催化劑具有選擇性 催化劑是第一步的反應(yīng)物，最后一步的產(chǎn)催化劑是第一步的反應(yīng)物，最后一步的產(chǎn)物，即經(jīng)過一次化學(xué)循環(huán)后又恢復(fù)到原來的物，即經(jīng)過一次化學(xué)循環(huán)后又恢復(fù)到原來的組成組成 處理后可多次反復(fù)使用 加入少量催

3、化劑定義能改變反應(yīng)速率，而本身的組成、能改變反應(yīng)速率，而本身的組成、質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后均不發(fā)生質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后均不發(fā)生變化的物質(zhì)叫做催化劑。變化的物質(zhì)叫做催化劑。加快反應(yīng)的為正催化劑，減慢反應(yīng)加快反應(yīng)的為正催化劑，減慢反應(yīng)的為負催化劑。的為負催化劑。綠色化學(xué)工藝對催化劑提出的要求考察角度考察角度環(huán)境友好和經(jīng)濟性環(huán)境友好和經(jīng)濟性環(huán)境友好要求環(huán)境友好要求 催化劑自身應(yīng)該是無毒的。催化劑構(gòu)成材料應(yīng)催化劑自身應(yīng)該是無毒的。催化劑構(gòu)成材料應(yīng)該是環(huán)境友好的，特別杜絕催化劑在高溫下分解該是環(huán)境友好的，特別杜絕催化劑在高溫下分解，產(chǎn)生有毒氣體；，產(chǎn)生有毒氣體； 催化劑所涉及的反應(yīng)原料和反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)

4、該是無催化劑所涉及的反應(yīng)原料和反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)該是無毒的。原料無毒容易實現(xiàn)，但反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生不毒的。原料無毒容易實現(xiàn)，但反應(yīng)副產(chǎn)物產(chǎn)生不可避免，要求副產(chǎn)物無毒；可避免，要求副產(chǎn)物無毒； 催化反應(yīng)的后序分離過程也無毒。如萃取催化反應(yīng)的后序分離過程也無毒。如萃取操作萃取劑加入。操作萃取劑加入。經(jīng)濟性要求經(jīng)濟性要求 催化劑自身的制造成本低，應(yīng)由非金屬催化劑自身的制造成本低，應(yīng)由非金屬構(gòu)成，催化劑制造工序簡單；構(gòu)成，催化劑制造工序簡單； 催化劑具有良好的操作特性。有好的穩(wěn)催化劑具有良好的操作特性。有好的穩(wěn)定性和使用壽命。防止使用定性和使用壽命。防止使用 過程分解變性過程分解變性，增強其抗毒性；，增強其抗毒性

5、； 催化劑應(yīng)有較好的活性及選擇性。催化劑應(yīng)有較好的活性及選擇性。綠色催化劑定義 綠色化學(xué)它對化學(xué)反應(yīng)的要求是：綠色化學(xué)它對化學(xué)反應(yīng)的要求是： 采用無毒、無害的原料；采用無毒、無害的原料； 在無毒無害及溫和的條件下進行；在無毒無害及溫和的條件下進行； 反應(yīng)必須具有高效的選擇性；反應(yīng)必須具有高效的選擇性； 產(chǎn)品應(yīng)是環(huán)境友好的。產(chǎn)品應(yīng)是環(huán)境友好的。 這四點要求之中有兩點涉及到催化劑，這四點要求之中有兩點涉及到催化劑，人們將這類催化反應(yīng)稱為綠色催化反應(yīng)，人們將這類催化反應(yīng)稱為綠色催化反應(yīng)，其使用的催化劑也就稱為綠色催化劑。其使用的催化劑也就稱為綠色催化劑。 金屬催化劑金屬催化劑 氧化物催化劑氧化物催化

6、劑 液態(tài)催化劑液態(tài)催化劑有機金屬催化劑有機金屬催化劑 選擇性催化劑選擇性催化劑 加氫精制催化劑加氫精制催化劑 分子篩催化劑分子篩催化劑 大型合成氨催化劑系列大型合成氨催化劑系列高效絡(luò)合催化劑高效絡(luò)合催化劑 固體催化劑的工業(yè)應(yīng)用固體催化劑的工業(yè)應(yīng)用 分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用 環(huán)境保護催化劑的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境保護催化劑的工業(yè)應(yīng)用 生物催化劑的工業(yè)應(yīng)用生物催化劑的工業(yè)應(yīng)用中國催化劑工業(yè)的發(fā)展中國催化劑工業(yè)的發(fā)展二、二、催催化化劑劑發(fā)發(fā)展展階階段段 萌芽時期（萌芽時期（20世紀世紀以前）以前）奠基時期（奠基時期（20世世紀初）紀初）大發(fā)展時期大發(fā)展時期（20世紀世紀3060年代）年代）

7、 規(guī)模規(guī)模擴大品種增加擴大品種增加更新?lián)Q代時期更新?lián)Q代時期（20世紀世紀7080年代）年代）萌芽時期（20世紀以前） 催化劑工業(yè)發(fā)展史與工業(yè)催化過程的開催化劑工業(yè)發(fā)展史與工業(yè)催化過程的開發(fā)及演變有密切關(guān)系。發(fā)及演變有密切關(guān)系。1740年英國醫(yī)生年英國醫(yī)生J.沃沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠，硫酸的工廠，1746年英國年英國J.羅巴克建立了鉛羅巴克建立了鉛室反應(yīng)器，生產(chǎn)過程中由硝石產(chǎn)生的氧化氮室反應(yīng)器，生產(chǎn)過程中由硝石產(chǎn)生的氧化氮實際上是一種氣態(tài)的催化劑，這是利用催化實際上是一種氣態(tài)的催化劑，這是利用催化技術(shù)從事工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的開端。技術(shù)從

8、事工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的開端。更新?lián)Q代時期（20世紀7080年代） 在這一階段，高效率的絡(luò)合催化劑在這一階段，高效率的絡(luò)合催化劑相繼問世；為了節(jié)能而發(fā)展了低壓作相繼問世；為了節(jié)能而發(fā)展了低壓作業(yè)的催化劑；固體催化劑的造型漸趨業(yè)的催化劑；固體催化劑的造型漸趨多樣化；出現(xiàn)了新型分子篩催化劑；多樣化；出現(xiàn)了新型分子篩催化劑；開始大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境保護催化劑；生開始大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境保護催化劑；生物催化劑受到重視。物催化劑受到重視。 1、高效絡(luò)合催化劑高效絡(luò)合催化劑 60年代，曾用鈷絡(luò)合物為催化劑生產(chǎn)。年代，曾用鈷絡(luò)合物為催化劑生產(chǎn)。1970年左右孟山都公司開發(fā)了低壓法甲醇羰基化過年左右孟山都公司開發(fā)了低壓法甲醇羰基

9、化過程，使用選擇性很高的銠絡(luò)合物催化劑。后來程，使用選擇性很高的銠絡(luò)合物催化劑。后來又開發(fā)了膦配位基改性的銠絡(luò)合物催化劑，用又開發(fā)了膦配位基改性的銠絡(luò)合物催化劑，用于從丙烯氫甲?；贫∪?。這種催化劑與原有于從丙烯氫甲?；贫∪?。這種催化劑與原有的鈷絡(luò)合物催化劑比較，具有很高的正構(gòu)醛選的鈷絡(luò)合物催化劑比較，具有很高的正構(gòu)醛選擇性，而且操作壓力低。擇性，而且操作壓力低。 2、分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用、分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用 70年代初期，出現(xiàn)了用于二甲苯異構(gòu)化的分年代初期，出現(xiàn)了用于二甲苯異構(gòu)化的分子篩催化劑，代替以往的鉑子篩催化劑，代替以往的鉑/氧化鋁；開發(fā)了甲苯氧化鋁；開發(fā)了甲苯歧化用的絲光沸石

10、歧化用的絲光沸石(M-分子篩分子篩)催化劑。催化劑。70 年代末年代末期開發(fā)了用于苯烷基化制乙苯的期開發(fā)了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子篩催分子篩催化劑，取代以往的三氯化鋁?；瘎?，取代以往的三氯化鋁。80年代初，開發(fā)了年代初，開發(fā)了從甲醇合成汽油的從甲醇合成汽油的ZSM-5分子篩催化劑。在開發(fā)分子篩催化劑。在開發(fā)資源、資源、 發(fā)展碳一化學(xué)中，分子篩催化劑將有重要發(fā)展碳一化學(xué)中，分子篩催化劑將有重要作用。作用。3、環(huán)境保護催化劑的工業(yè)應(yīng)用、環(huán)境保護催化劑的工業(yè)應(yīng)用 1975年美國杜邦公司生產(chǎn)汽車排氣凈化催化年美國杜邦公司生產(chǎn)汽車排氣凈化催化劑，采用的是鉑催化劑，鉑用量巨大，劑，采用的是鉑催化劑，鉑用量巨大， 1979年占年占