第14章-催化過程中應(yīng)用的幾種耦合技術(shù)課件

第14章催化過程中應(yīng)用的幾種耦合技術(shù)一、催化與膜技術(shù)的耦合1.1引言膜技術(shù)在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用，涉及到膜催化劑、膜反應(yīng)器和膜分離技術(shù)的適當(dāng)組合。膜反應(yīng)器是用膜材料制成反應(yīng)器；膜催化劑是應(yīng)用膜式催化劑。膜材料從孔結(jié)構(gòu)可分為致密膜、多孔膜、微孔膜和超微孔膜等，從材質(zhì)上可分為無機膜（如金屬膜、固體電解質(zhì)、陶瓷膜和玻璃膜）和有機膜等。膜催化可以打破催化反應(yīng)過程無法突破的化學(xué)平衡問題。1謝謝觀賞2019-5-181.2幾種重要的無機膜1、金屬合金膜Pd合金膜：透氫膜；Ag合金膜：透氧膜2、固體電解質(zhì)膜選擇傳送H2和O2的ZrO2、ThO2、CeO2膜等；選擇傳送F、C、N、S的新型固體電解質(zhì)膜；可使Na+選擇性透過的-Al2O3膜。2謝謝觀賞2019-5-183、多孔膜分子透過多孔膜材料的機理與空隙尺寸、溫度、壓力、膜及透過分子的性質(zhì)有關(guān)：1）黏滯擴散/泊蘇里擴散：膜材料平均孔徑大于分子平均自由程，分子不能分離；2）努森擴散：不同分子可以相對獨立地通過空隙；3）表面擴散：一種分子可物理吸附或化學(xué)吸附在孔壁上，則不發(fā)生吸附的分子可選擇性通過孔隙；4）多層擴散：一種分子同空隙表面有強烈的相互作用而形成多層吸附，另一種分子可以擴散過去；5）孔隙毛細管凝聚：一種分子在毛細管凝聚，另一種分子不能擴散，一般發(fā)生在空隙非常細和溫度相對低的情況；6）分子篩：孔隙十分細，只允許直徑小的分子通過。3謝謝觀賞2019-5-184謝謝觀賞2019-5-181.3膜同催化劑的組合類型1）作為分立的組成部分，把膜與催化劑分開；2）把催化劑裝在管狀膜反應(yīng)器中，把具有催化性能的材料制成膜；3）將具有催化性能的組分負載在膜載體上。1.4膜催化反應(yīng)舉例1、催化脫氫反應(yīng)1）膜催化芳烴脫氫：Pd-Rh金屬膜催化環(huán)己二醇脫氫制苯二酚，收率95%，且無苯酚生成；2）Pd膜反應(yīng)器用于環(huán)己烷脫氫制苯，轉(zhuǎn)化率100%。相同條件下平衡轉(zhuǎn)化率為18.7%。5謝謝觀賞2019-5-182、膜催化氧化反應(yīng)1）Ag膜用于甲烷氧化偶聯(lián)生成C2；2）利用透氧膜的透過氧離子的性能實現(xiàn)烴的選擇氧化，如Ba-Sr-Fe-Co-O復(fù)合氧化物膜材料用于甲烷氧化偶聯(lián)。6謝謝觀賞2019-5-183、硝基苯經(jīng)氫氣還原的反應(yīng)可以提高產(chǎn)物苯胺的收率進100倍。7謝謝觀賞2019-5-181.5膜反應(yīng)器1、涉及氫的膜反應(yīng)器8謝謝觀賞2019-5-182、用于氧化反應(yīng)的膜反應(yīng)器9謝謝觀賞2019-5-1810謝謝觀賞2019-5-18二、催化與超臨界流體應(yīng)用的耦合2.1臨界溫度與臨界壓力無論用多大壓力也不能夠讓氣體液化的臨界溫度值叫該氣體的臨界溫度；在臨界溫度下將氣體液化所需的最低壓力叫該物質(zhì)的臨界壓力。超臨界流體是指物質(zhì)的溫度和壓力均超過其相應(yīng)的臨界溫度和臨界壓力時而存在的單相。超臨界流體兼有在常規(guī)條件存在的氣體和液體的性質(zhì)。2.2超臨界流體的一些特點1、超臨界流體的性質(zhì)不同于普通液體和氣體，而且可借助改變溫度和壓力來調(diào)節(jié)；2、物質(zhì)在接近臨近點時，其密度和黏度有很大變化；3、超臨界流體的溶劑化能力比常規(guī)流體小得多。11謝謝觀賞2019-5-1812謝謝觀賞2019-5-182.3超臨界流體的應(yīng)用領(lǐng)域萃取、分離、色譜分析等；由于超臨界流體可同氣體反應(yīng)物共同形成單相的混合物，有時可以使反應(yīng)避免因傳質(zhì)決定的速控步驟，從而提高反應(yīng)速率。2.4超臨界技術(shù)在催化劑制備方面的應(yīng)用1、溶膠-凝膠方法與超臨界干燥技術(shù)相結(jié)合，為制備混合氧化物或者金屬/金屬氧化物催化劑提供很好的可行技術(shù)；2、利用超臨界流體性質(zhì)在溫度和壓力變化不大的條件下可以調(diào)節(jié)的特點來控制催化材料的顆粒大小和形貌；3、超臨界流體在顆粒成型技術(shù)中的應(yīng)用：1）超臨界流體迅速膨脹技術(shù)2）超臨界反溶劑技術(shù)13謝謝觀賞2019-5-182.5超臨界流體在多相催化中的應(yīng)用1、烷基化反應(yīng)應(yīng)用超臨界流體技術(shù)進行烷基化反應(yīng)的結(jié)果顯示出較液相或氣相反應(yīng)更高的催化活性及更長的壽命。14謝謝觀賞2019-5-1815謝謝觀賞2019-5-182、加氫反應(yīng)在超臨界流體存在的條件下，氫氣與超臨界流體可以完全互溶。3、氧化反應(yīng)16謝謝觀賞2019-5-18超臨界水相對于以空氣或純氧為氧化劑的催化氧化反應(yīng)也十分有效，尤其在消除廢水中污染物時超臨界水相有著廣泛的應(yīng)用。在多相催化反應(yīng)中使用超臨界流動相所起的作用可概括為：1）改善流動相的行為，消除氣/液和液/液間傳質(zhì)阻力；2）提高由外擴散控制的反應(yīng)中反應(yīng)物分子的擴散速率；3）改善傳熱性能；4）使反應(yīng)產(chǎn)物較易分離；5）可借調(diào)壓來調(diào)節(jié)溶劑性質(zhì)；6）顯示壓力對反應(yīng)速率的影響；7）通過溶劑-溶質(zhì)（反應(yīng)物）的相互作用來控制反應(yīng)的選擇性。17謝謝觀賞2019-5-182.6超臨界流體在均相催化反應(yīng)中的應(yīng)用1、CO2加氫2、加氫反應(yīng)18謝謝觀賞