催化作用的定義與特征

1、催化作用的定義與特征第1頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一-本章主要內(nèi)容催化劑的基本概念和催化作用的基本特征催化劑的組成與功能工業(yè)催化劑的基本要求第2頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一催化劑的組成工業(yè)催化劑通常不是單一的物質(zhì)，而是由多種物質(zhì)組成。絕大多數(shù)催化劑有三類可以區(qū)分的組分： 活性組分、載體、助催化劑。 第3頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一(1)活性組分：它是催化劑的主要成分一種物質(zhì)組成:乙烯氧化制環(huán)氧乙烷的銀催化劑，活性組分就是銀單一物質(zhì)，多種物質(zhì)組成:如丙烯氨氧化制丙烯腈用的鉬鉍催化劑，活性組分就是由氧化鉬和氧化鉍兩

2、種物質(zhì)組合而成。活性組分的選擇是首要步驟，但以經(jīng)驗為主。（經(jīng)驗，總結(jié)，找規(guī)律）分類：金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。分類的目的： 容易尋找規(guī)律性便于研究新產(chǎn)品，容易處理，信息便于交流和傳播（垃圾，目錄）第4頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一(2)載體：載體是催化活性組分的分散劑、粘合物或支撐體，是負載活性組分的骨架。負載型催化劑：將活性組分、助優(yōu)化劑組分負載于載體上所制得的催化劑。載體分類：低比表積、高比表面積。比表面積：比表面積是指單位（質(zhì)量）物料所具有的總面積。分外表面積、內(nèi)表面積兩類。載體的影響：催化劑的活性、選擇性，熱穩(wěn)定性，機械強度，關(guān)催化過程的傳遞特性在篩選和制造優(yōu)良的

3、工業(yè)催化劑時，需要弄清載體的物理性質(zhì)和它的功能。第5頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一(3)助催化劑：助催化劑特點：少量，輔助成分，沒有活性或者活性很小，功效大，助含量效應(yīng)常比載體的含量效應(yīng)敏感。增泡劑：椰油酰胺丙基氧化胺、月桂酰胺丙基氧化胺增稠劑：纖維素醚及其衍生物類、締合型堿溶脹增稠劑和聚氨酯增稠劑、淀粉煮湯第6頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一助催化劑作用：改變催化劑的性質(zhì)：化學組成、化學結(jié)構(gòu)、離子價態(tài)、酸堿性、晶格結(jié)構(gòu)、表面構(gòu)造、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機械強度等，從面提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命。促進載體功能的熱穩(wěn)定性。助催化劑問題復(fù)雜

4、：元素狀態(tài)加入，化合狀態(tài)加入。加入一種，加入多種，助催化劑之間發(fā)生交互作用。第7頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一助催化劑（作用機理）分類：結(jié)構(gòu)型和電子型。結(jié)構(gòu)型助催化劑：提高活性組分的分散性（使晶粒分散不易燒結(jié)）、熱穩(wěn)定性（形成高熔點的化合物、固熔體）、也可提高活性。電子型助催化劑：改變主催化劑的電子結(jié)構(gòu)，促進催化活性及選擇性。金屬的催化活性與表面電子授受能力有關(guān)。P24合成氨例子第8頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一截體的功能催化指標：活性、選擇性和穩(wěn)定性工藝流程的改進：先追求選擇性，其次是穩(wěn)定性，最后是活性。新開發(fā)的工藝及其催化劑：高活性、高選

5、擇性，最后才是穩(wěn)定性。第9頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一截體的功能（1）提供有效的表面和適宜的孔結(jié)構(gòu) (2)增強催化劑的機械強度，使催化劑具有一定的形狀 (3)改善催化劑的傳導(dǎo)性： (4)減少活性組分的含量 (5)載體提供附加的活性中心 （6）與活性組分發(fā)生相互作用第10頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一（1）提供有效的表面和適宜的孔結(jié)構(gòu)載體特點：高熔點物，熱穩(wěn)定，一定的宏觀結(jié)構(gòu)，（相對價格低）活性組分：一般無以上特點催化劑需要一定的宏觀結(jié)構(gòu)（由載體決定）：比表面、孔結(jié)構(gòu)、孔隙率、孔徑分布等，載體的作用：提供有效的表面（維持活性組分高度分散），適

6、宜的孔結(jié)構(gòu)。降低催化劑的燒結(jié)和聚集；對催化劑的活性和選擇性會有很大的影響分散度：指催化劑表面上暴露出的活性組分的原子數(shù)占該組分在催化劑中原子總數(shù)的比例第11頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一(2)增強催化劑的機械強度，使催化劑具有一定的形狀：催化劑的機械強度：抗磨損、抗沖擊、抗重力、抗壓和適應(yīng)溫變、相變的能力。機械強度高的催化劑，能夠經(jīng)受住顆粒之間、顆粒與氣流、器壁之間的磨損，催化劑運輸、裝填時的種擊，自身的重量負荷，溫變、相變所產(chǎn)生的應(yīng)力，顆?？紫吨薪Y(jié)焦產(chǎn)生膨脹等而不致破裂或粉碎。機械強度差的催化劑，由于上述種種過程導(dǎo)致其破裂或粉化，導(dǎo)致流體分布不均，增加床層阻力，乃至

7、被迫停車。第12頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一 (3)改善催化劑的傳導(dǎo)性（熱傳導(dǎo)）為了適應(yīng)工業(yè)上強放(吸)熱反應(yīng)的需要，栽體一船應(yīng)具有較大的熱容和良好的導(dǎo)熱性，使反應(yīng)熱能迅速傳遞出(進)去，避免局部過熱而引起催化劑的燒結(jié)和失活，或設(shè)備損壞還可以避免高溫下的副反應(yīng)，從而提高催化劑的選擇性。第13頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一(4)減少活性組分的含量：使用貴金屆(加Pt、Pd、Rh等)催化劑時，采用栽體格活性組分高度分散，減少用量有重要意義。降低燒結(jié)和聚結(jié)。 (5)載體提供附加的活性中心： P26第14頁，共18頁，2022年，5月20日，2點3

8、7分，星期一，（6）與活性組分發(fā)生相互作用溢流現(xiàn)象：定義、必要條例P26強相互作用第15頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一2.3 對工業(yè)催化劑的要求三個方面的基本要求： 活性、選擇性和穩(wěn)定性或者說壽命。其他要求：環(huán)境友好、生物相容、粒度大小和外形、導(dǎo)熱性能、比熱容、制造工藝、重現(xiàn)性、再生性第16頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一2.3.1 活性和選擇性指標 活性：指催化劑影響反應(yīng)進程變化的程度?；钚缘谋磉_方式：給定溫度下完成原料的轉(zhuǎn)化率來表達；活性越高，原料轉(zhuǎn)化率的百分數(shù)越大。完成給定的轉(zhuǎn)率所需要的溫度表達，溫度越低活性越高。完成給定的轉(zhuǎn)化率所需要的空速表達空速越高活性越好。第17頁，共18頁，2022年，5月20日，2點37分，星期一空速是指單位時間里通過單位催化劑的（原料）的量，它反應(yīng)了裝置的處理能力?？账儆袃煞N表達形式，一種是體積空速，另一種是質(zhì)量空速。 體積空速=原料體積流量（20，m3.h-1）/催化劑體積（m3） 質(zhì)量空速=原料質(zhì)量流量