催化劑導(dǎo)論講稿

1、關(guān)于催化劑導(dǎo)論1第一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一講 本人簡(jiǎn)介 緒論 催化劑與催化作用基本知識(shí) 催化劑的表面吸附和孔內(nèi)擴(kuò)散2第二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月本人簡(jiǎn)介：學(xué)歷1986.9-1990.71990.9-1993.3 1998.9-2001.12 浙江工業(yè)大學(xué) 化學(xué)工程系 工業(yè)分析專(zhuān)業(yè) 本科 上海工業(yè)大學(xué)(現(xiàn)上海大學(xué))化學(xué)化工系 應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 碩士研究生 華東理工大學(xué) 化學(xué)與制藥學(xué)院(現(xiàn)化學(xué)與分子工程學(xué)院) 工業(yè)催化專(zhuān)業(yè) 博士研究生3第三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月本人簡(jiǎn)介：工作經(jīng)歷1993.4-2005.10:2005.11- 2009.1-

2、2009.7 ：中國(guó)石化 上海石油化工研究院 助理工程師/工程師/高級(jí)工程師上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系(現(xiàn)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院)教授 碩士研究生指導(dǎo)老師工業(yè)催化碩士點(diǎn)負(fù)責(zé)人美國(guó)Clemson大學(xué) 化學(xué)工程系高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者4第四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月辦公室 : 第三學(xué)科樓C-312室聯(lián)系電話 : 6087 7221(O) 137 6459 84275第五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月0 緒論催化劑的作用課程主要內(nèi)容主要參考書(shū)催化期刊6第六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的作用 化學(xué)工業(yè)的基石85%以上的化工產(chǎn)品是借助催化劑生產(chǎn)的無(wú)機(jī)化工：合成氨、硝酸、

3、硫酸有機(jī)化工：甲醇、醋酸、丙酮高分子化工：三大合成材料(合成樹(shù)脂和塑料、合成橡膠、合成纖維)石油煉制與化工：汽油、柴油7第七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的作用環(huán)境保護(hù)揮發(fā)性有機(jī)組分(VOCs)：催化燃燒工 業(yè) 排 放 NOx：催化還原N2機(jī) 動(dòng) 車(chē) 尾 氣： 三效催化劑(CO、NOx、CHx)化工過(guò)程的綠色化： 催化劑的應(yīng)用 無(wú)毒催化劑代替有毒催化劑8第八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月能源開(kāi)發(fā)、利用石 油：提高原油利用率天然氣：合成液體燃料(合成油、甲醇、 二甲醚)煤 ：間接液化制液體燃料生物質(zhì)：燃料催化劑的作用9第九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月手

4、性催化與制藥工業(yè)多巴(dopa)：左旋治療帕金森的藥物 右旋毒物Mansanto公司三位科學(xué)家采用不對(duì)稱(chēng)膦配體的Ru絡(luò)合物催化劑，合成左旋體95的產(chǎn)物，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 獲2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 催化劑的作用10第十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月課程主要內(nèi)容基本原理：催化劑與催化作用 表面吸附與孔內(nèi)擴(kuò)散各類(lèi)催化劑及其作用： 酸堿/金屬/氧(硫)化物/絡(luò)合催化劑催化劑的制備與使用環(huán)境保護(hù)催化工業(yè)催化劑的活性評(píng)價(jià)與物性的表征11第十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要參考書(shū)工業(yè)催化劑手冊(cè) 黃仲濤主編 化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)催化 黃仲濤主編 化學(xué)工業(yè)出版社工業(yè)應(yīng)用催化劑 金杏妹編著

5、 華東理工大學(xué)出版社催化劑工程導(dǎo)論 王尚弟 孫俊全 化學(xué)工業(yè)出版社催化劑工程 儲(chǔ)偉主編 四川大學(xué)出版社催化科學(xué)導(dǎo)論 廖代偉編著 化學(xué)工業(yè)出版社催化作用基礎(chǔ) 甄開(kāi)吉等編 科學(xué)出版社12第十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化期刊英 文Journal of Catalysis (IF6) Advanced Synthesis & Catalysis (IF6)Applied Catalysis A: General; B: Environmental Journal of Molecular Catalysis A: Chemical; B:EnzymaticCatalysis Com

6、munication Catalysis LettersCatalysis Today Topics in CatalysisReaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis Kinetics & Catalysis(Reaction Kinetics and Catalysis Letters)Studies in Surface Science and CatalysisACS Catalysis Catal Sci Tech ChemCatChem 13第十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化期刊Angew Chem Int Edit (

7、IF13)J Am Chem Soc (IF9)Chem Commun (IF6)Chem LettJ Phys Chem CChem Mater (IF7) J Mater Chem(IF5)Green Chem 英 文Fuel Fuel Process Techn Energy & Fuels Energy Conv Manag Ind Eng Chem Res Chem Eng J Chem Eng Sci J Nat Gas Chem Micro Mesor Mater 14第十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化期刊中 文催化學(xué)報(bào) 分子催化 工業(yè)催化化學(xué)學(xué)報(bào) 高等學(xué)?；瘜W(xué)

8、學(xué)報(bào)物理化學(xué)學(xué)報(bào) 無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào) 燃料化學(xué)學(xué)報(bào) 化工學(xué)報(bào) 高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào) 石油學(xué)報(bào)(石油加工) 精細(xì)化工 石油化工 天然氣化工15第十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1 催化劑與催化作用基本知識(shí)1.1 催化劑的定義與特征1.2 催化劑及催化反應(yīng)的分類(lèi)1.3 固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)1.4 催化劑的反應(yīng)性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求1.5 多相催化反應(yīng)體系的分析16第十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.1 催化劑的定義與特征催化劑的定義 能改變化學(xué)反應(yīng)的速度 不改變化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡位置 本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗催化作用：指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)17第十七張，

9、PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.1 催化劑的定義與特征催化劑的特征只能改變熱力學(xué)上可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)只改變化學(xué)反應(yīng)的速度，而不改變化學(xué)平衡的位置。G= - RT InKp化學(xué)平衡常數(shù)Kp的大小取決于反應(yīng)溫度T和G，而G是狀態(tài)函數(shù)，與過(guò)程無(wú)關(guān)。18第十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的特征對(duì)于可逆反應(yīng)，由于K平k正/k逆 能加速正反應(yīng)速度的催化劑也能同樣程度地加速逆反應(yīng)的速度 上述特征可用于催化劑的初步篩選如對(duì)于合成甲醇、合成氨等的正反應(yīng)，都需要高壓設(shè)備，很不方便，因此，可采用常壓下的逆反應(yīng)來(lái)初步篩選催化劑。19第十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的

10、特征催化劑參與化學(xué)反應(yīng) ：通過(guò)改變反應(yīng)歷程、降低活化能而改變反應(yīng)速度（催化作用機(jī)理）能加快化學(xué)反應(yīng)的速度，也能減慢化學(xué)反應(yīng)的速度20第二十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的特征催化劑對(duì)反應(yīng)的類(lèi)型、方向及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有選擇性一種催化劑只對(duì)特定的化學(xué)反應(yīng)起催化作用如SiO2-Al2O3催化劑對(duì)酸堿反應(yīng)具有催化作用，但對(duì)合成氨反應(yīng)卻無(wú)效利用不同的催化劑，可以使反應(yīng)有選擇性地朝某一個(gè)需要的方向進(jìn)行，生產(chǎn)所需的產(chǎn)品。實(shí)例21第二十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.2 催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)的分類(lèi) 按反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性均相：催化劑與反應(yīng)物形成均一相非均相(多相)：

11、催化劑與反應(yīng)物處于不同相酶：酶本身是液體均勻分散在水溶液中（均相），但反應(yīng)卻從反應(yīng)物在其表面上的積聚開(kāi)始（多相），因此同時(shí)具有均相和多相的性質(zhì)。22第二十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化反應(yīng)的分類(lèi) 按反應(yīng)類(lèi)型加氫 脫氫 氧化 聚合 裂解等優(yōu)點(diǎn)：便于比較同類(lèi)型反應(yīng)的特點(diǎn)Ni催化劑：烯烴/苯 加氫V2O5催化劑：苯/鄰二甲苯 氧化23第二十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化反應(yīng)的分類(lèi) 按反應(yīng)機(jī)理酸堿型反應(yīng)：催化劑與反應(yīng)物通過(guò)電子對(duì)的接受而配位，或發(fā)生強(qiáng)烈極化，形成離子型活性中間體物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。氧化還原型反應(yīng)：催化劑與反應(yīng)物通過(guò)單個(gè)電子轉(zhuǎn)移，形成活性中間體物種進(jìn)行

12、的催化反應(yīng)。24第二十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑的分類(lèi) 按催化劑的元素及化合態(tài)分類(lèi)金屬、金屬氧(硫)化物、金屬有機(jī)化合物 按催化劑的導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體 按行業(yè)類(lèi)別分類(lèi)石油煉制工業(yè)、化肥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等25第二十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.3 固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成 固體催化劑是工業(yè)催化過(guò)程中最普遍的一類(lèi) 催化劑 按組分的多少分成單組分(元)和多組分(元)催化劑單組分催化劑：氨氧化制硝酸的鉑催化劑多組分催化劑：主催化劑、助催化劑和載體26第二十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固體催化劑的組成 主催化劑（活

13、性組分） 沒(méi)有它就沒(méi)有所需要的催化作用如：加氫催化劑Ni/Al2O3中的Ni 合成氨催化劑Fe-Al2O3-K2O中的Fe 共催化劑和主催化劑同時(shí)起催化作用的組分27第二十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月固體催化劑的組成 助催化劑本身沒(méi)有活性或者活性很小可以忽略，但卻能顯著改善催化劑的性能（活性、選擇性和穩(wěn)定性）。28第二十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月助催化劑的分類(lèi)及其作用結(jié)構(gòu)型助催化劑電子(調(diào)變)型助催化劑擴(kuò)散型助催化劑(致孔劑)毒化型助催化劑29第二十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)構(gòu)型助催化劑提高活性組分的分散度，從而提高其催化活性。（如合成甲醇

14、Cu-ZnO-Al2O3催化劑中的Al2O3，提高了Cu的比表面積，從而提高其反應(yīng)活性。）增加催化劑活性組分微晶的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)催化劑的壽命。 （如合成氨催化劑中的Al2O3，與活性組分Fe形成了固溶體，有效阻止了Fe的燒結(jié)，從而大大延長(zhǎng)催化劑的壽命:幾小時(shí)幾年。）第三十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電子(調(diào)變)型助催化劑改變催化劑活性組分的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，提高催化劑的性能。 （如合成氨催化劑中的K2O，可使Fe催化劑的逸出功降低，從而提高其催化活性。）31第三十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月擴(kuò)散型助催化劑改變催化劑的孔結(jié)構(gòu)，改善催化劑的擴(kuò)散性能。如：礦物油、淀粉或有機(jī)

15、高分子（致孔劑）32第三十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月毒化型助催化劑毒化有害的活性中心，消除其所造成的副反應(yīng)，從而提高目的產(chǎn)物的選擇性和催化劑的穩(wěn)定性。如酸催化劑中加入堿性物質(zhì)，毒化引起積炭副反應(yīng)的強(qiáng)酸中心，減少積炭的生成。33第三十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月載體的作用分散作用穩(wěn)定化作用支撐作用傳熱和稀釋作用 助催化作用34第三十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月常用的載體 低比表面積載體對(duì)催化劑的活性影響很小，但熱穩(wěn)定性高，常用于高溫反應(yīng)和強(qiáng)放熱反應(yīng)。如乙烯氧化制環(huán)氧乙烷銀催化劑中的-Al2O3。 高比表面積載體因具有酸性或堿性，會(huì)影響催化劑的性能

16、。如SiO2、Al2O3、活性炭、分子篩等。35第三十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月常用的載體載體比表面積（m2/g）剛玉01碳化硅1硅藻土230石棉116耐火磚1載體比表面積（m2/g）氧化鋁100200硅膠400800活性炭9001200白土150280SiO2-Al2O3350600低比表面積載體高比表面積載體36第三十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.3.2 催化劑的結(jié)構(gòu)分散度化合態(tài)物相均勻度37第三十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.4 催化劑的反應(yīng)性能及要求1.4.1 催化劑的反應(yīng)性能1.4.2 對(duì)工業(yè)催化劑的要求38第三十八張，PPT共

17、九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.4.1 催化劑的反應(yīng)性能活性：指催化劑對(duì)反應(yīng)加速的程度選擇性：指所消耗的原料中轉(zhuǎn)化成目 的產(chǎn)物的分率穩(wěn)定性：指催化劑在使用條件下具有 穩(wěn)定活性的時(shí)間39第三十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(1) 催化劑的活性活性的表示方法： 反應(yīng)速率 反應(yīng)速率常數(shù) 轉(zhuǎn)化率40第四十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 反應(yīng)速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位質(zhì)量(體積、表面積)催化劑上反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量或產(chǎn)物的生成量。rm、 rv、 rs轉(zhuǎn)換頻率（Turnover frequency, TOF)：指單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)催化活性中心上發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)。催化劑活性的表示方法41第四十

18、一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月催化劑活性的表示方法式中 W反應(yīng)器中催化劑的填充質(zhì)量 dnA反應(yīng)物在dt時(shí)間內(nèi)減少的物質(zhì)的量 dnp反應(yīng)產(chǎn)物在dt時(shí)間內(nèi)增加的物質(zhì)的量42第四十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月時(shí)空收率：每小時(shí)每升或每公斤催化 劑所得到的產(chǎn)物量。單程收率總收率催化劑活性的表示方法43第四十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 反應(yīng)速率常數(shù)kc=r/f(c)kp=r/f(p)催化劑活性的表示方法44第四十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 轉(zhuǎn)化率CA=反應(yīng)物A轉(zhuǎn)化掉的量/流經(jīng)催化劑床層反 應(yīng)物A的總量100% 可用完成一定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)溫

19、度的高低來(lái)比較：反應(yīng)溫度越低，活性越高。 還可用完成一定轉(zhuǎn)化率所需的空速來(lái)比較：空速越高活性越好。催化劑活性的表示方法45第四十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月空速(Space velocity)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，單位質(zhì)量或體積催化劑所能處理的反應(yīng)物量?？账僭酱?，表明催化劑的處理能力越強(qiáng)?？账俚牡箶?shù)為接觸時(shí)間重時(shí)空速(weight hourly space velocity, WHSV)液時(shí)空速(liquid hourly space velocity, LHSV)氣時(shí)空速(gas hourly space velocity, GHSV)空速46第四十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于20

20、22年6月選擇性轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的原料量/總轉(zhuǎn)化 掉的原料量100選擇性目的產(chǎn)物的產(chǎn)率/原料的轉(zhuǎn)化率100產(chǎn)率：指消耗于生成目的產(chǎn)物的反應(yīng)物量與反應(yīng) 物進(jìn)料總量的百分比產(chǎn)率轉(zhuǎn)化率選擇性(2) 催化劑的選擇性47第四十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 B(目的產(chǎn)物)A C(副產(chǎn)物)選擇性因素（選擇度） Sk1/ k2催化劑的選擇性k1k248第四十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(3) 催化劑的穩(wěn)定性使用壽命：指催化劑在一定反應(yīng)條件下 維持一定反應(yīng)活性和選擇 性的使用時(shí)間。單程壽命總壽命49第四十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月(3) 催化劑的穩(wěn)定性(3) 催化

21、劑的穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷的時(shí)間ab催化劑活性成熟期穩(wěn)定期衰老期催化劑活性隨時(shí)間變化的曲線圖50第五十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 催化劑活性運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷的時(shí)間催化劑壽命催化劑再生催化劑再生催化劑再生催化劑再生、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間與壽命的關(guān)系(3) 催化劑的穩(wěn)定性51第五十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 化學(xué)穩(wěn)定性 耐熱穩(wěn)定性 抗毒穩(wěn)定性 機(jī)械穩(wěn)定性(3) 催化劑的穩(wěn)定性52第五十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.4.2 對(duì)工業(yè)催化劑的要求適宜的活性高選擇性活性和選擇性的取舍？長(zhǎng)壽命53第五十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.5 多相催化反應(yīng)體系的分析1.

22、5.1 多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟1.5.2 多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程1.5.3 多相催化反應(yīng)中的化學(xué)過(guò)程1.5.4 多相催化反應(yīng)的控制步驟54第五十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月多相催化反應(yīng)過(guò)程步驟示意圖55第五十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.5.1 多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟反應(yīng)步驟(1)反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散；(2)反應(yīng)物分子在催化劑表面上吸附；(3)被吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑表面脫附；(5)反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)催化劑表面向催化劑周?chē)慕橘|(zhì)擴(kuò)散。56第五十六張，PPT共九十二頁(yè)，

23、創(chuàng)作于2022年6月 1.5.1 多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟物理過(guò)程 外擴(kuò)散 內(nèi)擴(kuò)散化學(xué)過(guò)程 反應(yīng)物的吸附 表面反應(yīng) 產(chǎn)物的脫附57第五十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.5.2 多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散擴(kuò)散控制過(guò)程的判斷與消除58第五十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.5.3 多相催化反應(yīng)中的化學(xué)過(guò)程反應(yīng)物分子與催化劑活性中心的結(jié)合必須適中。太強(qiáng)：使催化劑中毒或失活，不易進(jìn)行后續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)物脫附困難。太弱：反應(yīng)物分子的化學(xué)鍵不易斷裂，不足以活化反應(yīng)物分子進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)物的化學(xué)吸附表面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的脫附59第五十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月

24、1.5.4 多相催化反應(yīng)的控制步驟反應(yīng)控制步驟：催化反應(yīng)過(guò)程中阻力最大或反應(yīng)速度最慢的步驟。擴(kuò)散控制化學(xué)反應(yīng)(動(dòng)力學(xué))控制60第六十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2 催化劑的表面吸附和孔內(nèi)擴(kuò)散2.1 物理吸附與化學(xué)吸附2.2 化學(xué)吸附的類(lèi)型和吸附態(tài)2.3 吸附平衡與等溫方程2.4 催化劑的表面積及其測(cè)定2.5 催化劑的孔結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)擴(kuò)散61第六十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.1 物理吸附與化學(xué)吸附吸附現(xiàn)象 固體表面上氣體的濃度高于氣相主體濃度吸附過(guò)程 固體表面上氣體濃度隨時(shí)間增加而增大的過(guò)程脫附過(guò)程 固體表面上氣體濃度隨時(shí)間增加而減小的過(guò)程62第六十二張，PPT

25、共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.1 物理吸附與化學(xué)吸附吸附平衡 吸附過(guò)程的速率與脫附過(guò)程的速率相等，固體表面上氣體濃度不隨時(shí)間而改變。等溫吸附 在恒定溫度下進(jìn)行的吸附過(guò)程等壓吸附 在恒定壓力下進(jìn)行的吸附過(guò)程63第六十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.1 物理吸附與化學(xué)吸附吸附劑吸附氣體的固體物質(zhì)吸附質(zhì)被吸附的氣體吸附態(tài)吸附質(zhì)在吸附劑表面吸附后的狀態(tài)吸附位吸附所發(fā)生的位置64第六十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.1 物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附 分子間作用力(即范德華力)化學(xué)吸附 化學(xué)鍵力(靜電力或共價(jià)鍵力)物理吸附與化學(xué)吸附的特性比較65第六十五張，PPT

26、共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.2 化學(xué)吸附的類(lèi)型和吸附態(tài)化學(xué)吸附的類(lèi)型 根據(jù)吸附時(shí)是否需要外加能量可分為活化吸附與非活化吸附 按表面活性中心能量分布的均一性可分為均勻吸附與非均勻吸附 按吸附時(shí)分子化學(xué)鍵斷裂情況可分為解離吸附與締合吸附66第六十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.2 化學(xué)吸附的類(lèi)型和吸附態(tài)吸附態(tài) 在金屬表面上的吸附態(tài) H2 +M-M 在金屬氧化物表面上的吸附態(tài) H2 +Zn2+O2- H HM-MH H M-M或 H- H+Zn2+O2- 均裂異裂67第六十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3 吸附平衡與等溫方程2.3.1 等溫吸附線2.3

27、.2 等溫方程68第六十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.1 等溫吸附線吸附曲線 對(duì)于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系，達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù)，即：(a) T=常數(shù)，q = f (p)，得吸附等溫線。(b) p=常數(shù)，q = f (T)，得吸附等壓線。(c) q=常數(shù)，p = f (T)，得吸附等量線。69第六十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.1 等溫吸附線()在2.5nm以下微孔吸附劑上的吸附等溫線屬于這種類(lèi)型。例如78K時(shí)N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。Vp0T1T2T3第七十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022

28、年6月 2.3.1 等溫吸附線()常稱(chēng)為S型等溫線。吸附劑孔徑大小不一，發(fā)生多分子層吸附。在比壓接近1時(shí)，發(fā)生毛細(xì)管和孔凝現(xiàn)象。71第七十一張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.1 等溫吸附線()這種類(lèi)型較少見(jiàn)。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線，如352K時(shí)，Br2在硅膠上的吸附。72第七十二張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.1 等溫吸附線()多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如在323K時(shí)，苯在氧化鐵凝膠上的吸附。73第七十三張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.1 等溫吸附線()發(fā)生多分子

29、層吸附，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如373K時(shí)，水汽在活性炭上的吸附。74第七十四張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.3.2 等溫方程Langmuir等溫方程Freundlich等溫方程M等溫方程BET等溫方程75第七十五張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月比表面積Sg：每克催化劑的總面積(m2/g) 2.4 催化劑的表面積及其測(cè)定表面積測(cè)定的作用表面積越大，催化劑的活性越高研究和判斷催化劑的失活機(jī)理和特性估計(jì)催化劑載體與助催化劑的作用76第七十六張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月以p/V(ps-p)對(duì)p/ps作圖，得到一直線，其斜率為(C-1) /(CVm)，截距為1/(C

30、Vm)，可求得Vm，即 2.4 催化劑的表面積及其測(cè)定BET法測(cè)定比表面積77第七十七張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)Vm可求得比表面積SBET=VmNAAm/VV為摩爾體積（22.4103 cm3）NA為阿佛加德羅常數(shù)Am為一個(gè)吸附分子的橫截面積，對(duì)N2為0.162 nm2 2.4 催化劑的表面積及其測(cè)定78第七十八張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月測(cè)定表面積的實(shí)驗(yàn)方法 低溫氮吸附容量法 重量法 色譜法 2.4 催化劑的表面積及其測(cè)定79第七十九張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.5 催化劑的孔結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)擴(kuò)散2.5.1 催化劑的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)2.5.2 催化劑的孔內(nèi)擴(kuò)散80第八十張，PPT共九十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 2.5.1 催化劑的孔結(jié)構(gòu)