精細化工―催化劑的知識

其它精細化工產(chǎn)品

——催化劑

小組成員：講解：方國清PPT材料搜集：范乃勇張美精1催化劑的定義與特征催化劑的分類催化劑的基本組成催化劑的反應(yīng)性能主要內(nèi)容200cpsi400cpsi600cpsi2概述近年來，化學(xué)工業(yè)隨著新型催化劑的研究成功和廣泛應(yīng)用獲得了迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中約有90%的化學(xué)反應(yīng)與催化劑有關(guān)，催化劑已成為化學(xué)工業(yè)的中樞。3什么是催化劑？吃的是草，產(chǎn)的是奶？41、催化劑定義與特征定義國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）于1981年提出定義：催化劑—是一種物質(zhì)，它能加速反應(yīng)的速率而不改變該反應(yīng)的標(biāo)準Gibbs自由能變化其它定義：催化劑是一種加快熱力學(xué)上允許的化學(xué)反應(yīng)達到平衡的速率，而在反應(yīng)過程中自身不被明顯消耗的物質(zhì)催化劑是一種能夠改變化學(xué)反應(yīng)速度，而它本身不參與最終產(chǎn)物的物質(zhì)5催化劑的基本特性一改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度（催化劑的共性—有活性）1/2N2

＋3/2H2NH3E1Na+3Ha吸附脫附能量反應(yīng)歷程E非NH31/2N2+3/2H2E2(NH3)a表面反應(yīng)通過改變反應(yīng)歷程，使反應(yīng)沿一條新的途徑進行，此途徑是幾個基元反應(yīng)組成，而基元反應(yīng)活化能都很小，因此反應(yīng)所需克服的能壘值大大減少Fe催化反應(yīng)速率非催化反應(yīng)速率＝3×1013（500℃常壓）6催化劑的基本特征二只能加速熱力學(xué)上可行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)只有熱力學(xué)允許，平衡常數(shù)較大的反應(yīng)加入催化劑才有意義在開發(fā)新反應(yīng)催化劑時，首先應(yīng)進行熱力學(xué)分析，看它在給定條件下是否屬于熱力學(xué)上可行的反應(yīng)△G

＜0△G0=-RTlnK7催化劑的基本特征三催化劑對反應(yīng)具有選擇性（催化劑的專用性）專一對某一反應(yīng)起加速作用的性能為選擇性CH3CHO+H2200-250℃CuAl2O3ZnO-Al2O3Cu（活化）350-380℃Al2O3250℃Na400-450℃Cu(COO)2C2H4+H2O(C2H5)2O+H2OC4H9OH+H2OCH2=CH-CH=CH2+H2O+H2C2H5OH甲乙醚乙酸丙酯CH3COOCH2C2H5+H2CH3CH2OCH3+H2+CO同一催化劑，條件不同，產(chǎn)物也不同8催化劑的基本特征四只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡位置（平衡常數(shù)）△G催化=△G非催化簡而言之：催化劑的基本特征：改變反應(yīng)途徑，降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度催化劑對反應(yīng)具有選擇性只能加速熱力學(xué)上可行的反應(yīng)，而不能加速熱力學(xué)上不能進行的反應(yīng)只能加速反應(yīng)趨于平衡，而不能改變平衡位置催化劑能做什么？催化劑不能做什么？92、催化劑分類催化反應(yīng)分類：同時具有均相和非均相反應(yīng)的性質(zhì)（活性、選擇性極其高）反應(yīng)物和催化劑處于不同相態(tài)中（氣固、液固、氣液固、氣液）（存在傳質(zhì)問題）反應(yīng)物和催化劑處于同一相態(tài)中（均為氣相或液相）（無傳質(zhì)問題）均相催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)非均相（多相）催化反應(yīng)10反應(yīng)類別催化劑狀態(tài)反應(yīng)物狀態(tài)實例均相氣氣NO催化SO2氧化為SO3液液硫酸催化乙酸與乙醇酯化固固非均相液氣PdCl2-CuCl2水溶液催化乙烯與氧氣反應(yīng)成乙醛固氣負載型鈀催化乙炔選擇加氫固液Ziegler-Natta催化劑催化丙烯聚合固氣+液貴金屬催化硝基苯加氫固氣+固固液+固2.1按聚集狀態(tài)分類112.2按催化劑組成及使用功能分類122.3按工藝和工程特點分類

多相固體催化劑

均相配合物催化劑

酶催化劑133、催化劑的基本組成催化劑助催化劑活性組分載體活性組分：金屬金屬氧化物或硫化物復(fù)合氧化物固體酸、堿、鹽等主要功能：活性載體：高熔點氧化物硅膠、粘土、活性炭等主要功能：高表面積、多孔性、機械強度、熱穩(wěn)定性、

雙功能（附加活性中心）助催化劑：金屬、非金屬等主要功能：對活性組分/載體改性14主催化劑（活性組分，Activecomponents）催化劑的主要成分，起催化作用的根本性物質(zhì)氨合成催化劑：Fe-K2O-Al2O3

Fe為主催化劑助催化劑（助劑，Promoter）催化劑的輔助成分，其本身無活性或活性很小，但少量加入，可明顯提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性（壽命）等AL2O3ZnOCu合成甲醇催化劑：Cu-ZnO-Al2O3ZnO

為助催化劑（阻隔Cu微晶長大）Al2O3

為助催化劑（阻止鐵燒結(jié)）15載體（SupportorCarrier）催化劑活性組分（助劑）的分散劑和支撐體，是負載催化劑活性組分的骨架，通常為具有足夠機械強度的多孔性物質(zhì)多數(shù)催化劑需借助于載體，把活性組分分散在有高孔隙率的載體顆粒表面上

如：Pt/Al2O316載體的功能：增大活性表面和提供適宜的孔結(jié)構(gòu)（載體最基本的功能）增強催化劑的機械強度，使催化劑具有一定形狀改善催化劑的導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性提供附加活性中心174、催化劑的反應(yīng)性能184.1活性催化劑對反應(yīng)加速的程度，用來衡量催化劑效能大小的指標(biāo)表示方法：比活性轉(zhuǎn)換頻率（Turnoverfrequency）/轉(zhuǎn)換數(shù)（Turnovernumber）轉(zhuǎn)化率（一定溫度、空速下）時空收率（時空得率）單位時間內(nèi)每個催化活性中心上發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)

X（轉(zhuǎn)化率）=（已轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物量/起始的反應(yīng)物量）×100%一定條件下，單位時間、單位體積（或質(zhì)量）催化劑上所得目的產(chǎn)物量a=k/S常用催化反應(yīng)的比速率常數(shù)來表示表面比速率常數(shù)體積比速率常數(shù)質(zhì)量比速率常數(shù)194.2選擇性指所消耗的原料中轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的分率。用來描述催化劑上兩個以上相互競爭反應(yīng)的相對速率表示方法：選擇性S選擇性因素（選擇度s）S（選擇性）=[轉(zhuǎn)化為目的產(chǎn)物所消耗的該反應(yīng)物量/某反應(yīng)物轉(zhuǎn)化總量]×100%Y（產(chǎn)率）=轉(zhuǎn)化率×選擇性s=k1/k220活性和選擇性難兩全時的評述方法：原料昂貴，產(chǎn)物和副產(chǎn)物分離困難：選擇高選擇性原料便宜，產(chǎn)物和副產(chǎn)物