綠色化學(xué)綠色催化劑

關(guān)于綠色化學(xué)綠色催化劑2023/7/4第1頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三那么，什么才是綠色化學(xué)？第2頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色化學(xué)是指設(shè)計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負(fù)作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過程。它是實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的基本的和重要的科學(xué)手段，包括許多化學(xué)領(lǐng)域，如合成、催化、工藝、分離和分析監(jiān)測等。第3頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三但是，你以為這樣就夠了嗎？當(dāng)然不夠！第4頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三環(huán)境治理可以更有效率嗎？廢氣排放可以更少嗎？原料利用率可以更高嗎？污染物降解可以更快嗎？第5頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三當(dāng)然可以！第6頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色催化劑（Greencatalyst）保證目標(biāo)產(chǎn)物的高轉(zhuǎn)化率、副產(chǎn)物的低轉(zhuǎn)化率?；钚约涌旆磻?yīng)速度第7頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三催化劑的發(fā)展：萌芽階段（20世紀(jì)以前）第一個工業(yè)催化劑鉑的制造奠基時期（20世紀(jì)初）出現(xiàn)金屬催化劑、氧化物催化劑、液態(tài)催化劑大發(fā)展時期（20世紀(jì)30~60年代）有機(jī)金屬催化劑，選擇性催化劑，加氫精制催化劑，分子篩催化劑，大型合成氨催化劑系列更新?lián)Q代時期（20世紀(jì)70~80年代）高效絡(luò)合催化劑，固體催化劑，環(huán)境保護(hù)催化劑及生物催化劑的工業(yè)應(yīng)用第8頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色催化劑分類固體酸催化劑1固體堿催化劑2354生物催化劑膜催化劑光催化劑6電極催化劑第9頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三固體酸催化劑傳統(tǒng)催化劑：硫酸、磷酸、氫氟酸、無水氯化鋁等傳統(tǒng)酸的不足：

腐蝕性強(qiáng)

后處理復(fù)雜

污染嚴(yán)重，不滿足環(huán)保要求正因為這些不足，迫切需要研究固體酸取代它們除傳統(tǒng)第10頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三固體酸催化劑重要催化劑，催化功能來源于固體表面上存在的具有催化活性的酸性部位（酸中心）多數(shù)為非過渡元素的氧化物或混合氧化物這類催化劑廣泛應(yīng)用于離子型機(jī)理的催化反應(yīng)，種類很多。Eg:潤載型固體酸催化劑,如固體磷酸催化劑。第11頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三分子篩催化劑(沸石分子篩催化劑):以分子篩為催化劑活性組分或主要活性組分之一結(jié)晶型的硅鋁酸鹽，有天然和合成兩種優(yōu)點(diǎn)：具離子交換性能、均一的分子孔道、酸催化活性熱穩(wěn)定性良好對許多反應(yīng)高活性、高選擇性；反應(yīng)條件較緩和；能加工某些含重金屬較多的劣質(zhì)原料。固體酸催化劑第12頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三分子篩的結(jié)構(gòu)在化學(xué)工業(yè)、石油工業(yè)及其他部門，分子篩廣泛應(yīng)用于氣體和液體的干燥、脫水、凈化、分離、回收及催化裂化等石油加工過程的反應(yīng)。分子篩使用后可以再生。第13頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三分子篩催化劑1.在萘的烷基化反應(yīng)中2.ZSM-5分子篩催化第14頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三3.鈦硅分子篩催化劑(熱穩(wěn)定性良好，研究熱點(diǎn))比較兩個反應(yīng)，反應(yīng)二有何優(yōu)勢傳統(tǒng)工藝改進(jìn)工藝第15頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三分子篩前景：對現(xiàn)有的分子篩進(jìn)行進(jìn)一步的改性抗中毒、擇型、抗磨損、防結(jié)焦、耐高溫引入更多金屬助劑，使其性能更廣改進(jìn)催化劑，開辟新的使用領(lǐng)域第16頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三雜多酸催化劑（固體酸催化劑)：含氧多元質(zhì)子酸優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度均勻有氧化還原能力;組成改變，酸強(qiáng)度和氧化還原性能隨之改變。

催化活性很高，在表面，液相中均可催化反應(yīng)

不腐蝕設(shè)備、資源利用充分、不污染環(huán)境、工藝簡便等。第17頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三固體酸催化劑應(yīng)用：雜多酸既是氧化催化劑，還是光電催化劑十二鎢磷酸，用于催化丙烯水合制異丙醇，轉(zhuǎn)化率中等，選擇性很高，是成功應(yīng)用的典范雜多酸在石油化工中作為烷基化、酞基化、異構(gòu)化、醋化、水合、脫水及氧化等諸多反應(yīng)的催化劑第18頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三固體超強(qiáng)酸催化劑：比100%的硫酸還要強(qiáng)的酸，分為固態(tài)和液態(tài)。對烯烴雙鍵異構(gòu)化、醇脫水、烯烴烷基化、酸化、醋化等都顯示出較高的活性。優(yōu)點(diǎn)：和液體超強(qiáng)酸相比，更容易與反應(yīng)物分離，可重復(fù)使用，不腐蝕反應(yīng)器，不污染環(huán)境，選擇性良好、催化反應(yīng)溫度。第19頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三在合成精細(xì)化學(xué)品（反應(yīng)工藝過程連續(xù)化，增強(qiáng)設(shè)備生產(chǎn)能力）等環(huán)境友好新催化工藝中占有重要地位向反應(yīng)物給出電子。其活性中心具極強(qiáng)的供電子或接受電子能力優(yōu)勢：活性高、選擇性好及反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物易于分離、可循環(huán)使用。不足：大多制備復(fù)雜、成本昂貴、強(qiáng)度較差、極易被大氣中的CO2、H2O等雜質(zhì)污染,比表面積小固體堿催化劑第20頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三氧化物本征固體堿堿金屬和堿土金屬氧化物型稀土氧化物型復(fù)合氧化物型負(fù)載型固體堿Al2O3為載體的固體堿ZrO2為載體的固體堿分子篩為載體的固體堿固體堿催化劑第21頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三Eg:MgO固體堿催化劑存在著3種吸附CO2中心:堿中心強(qiáng)度順序為:a<b<c堿金屬和堿土金屬氧化物型氧化物本征固體堿第22頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三23稀土氧化物的堿性比堿土金屬氧化物MgO的強(qiáng)稀土氧化物型氧化物本征固體堿why第23頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三24負(fù)載型固體堿分子篩為載體的固體堿有3種。（1）堿金屬離子交換分子篩;(2)將堿金屬或稀土金屬以金屬態(tài)或合金氨化物形態(tài)分散到分子篩上所得的固體堿;(3)將弱堿性化合物作為堿位前驅(qū)體負(fù)載在高比表面沸石上再經(jīng)過適當(dāng)處理而產(chǎn)生強(qiáng)堿位所得的固體堿。第24頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三生物催化劑定義綠色催化劑之生物催化劑生物催化劑的特點(diǎn)：極高的催化效率反應(yīng)條件溫和（一般在20一40℃，pH4~9）原料來源廣（化學(xué)品,也可以是農(nóng)、林、畜、副、漁業(yè)的產(chǎn)品或副產(chǎn)品)第25頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三酶催化劑第26頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色催化劑之生物催化劑酶催化實(shí)例：維生素C是人體必需的一種維生素和抗氧劑，在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)有很大的市場，它的前體2-酮基-L-古龍酸（2-KLG）也是從葡萄糖發(fā)酵制得的。2-KLG原來采用“萊氏法”或改良的二步發(fā)酵法。近年來，各國生物學(xué)家不斷探索和研究,構(gòu)建基因工程菌，實(shí)現(xiàn)葡萄糖一步發(fā)酵直接生產(chǎn)2-KLG。第27頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色催化劑之生物催化劑仿酶催化：模擬酪氨酸酶在生物體內(nèi)卻能高效、高選擇性實(shí)現(xiàn)單酚的鄰位羥化以及氧化鄰二酚為鄰二醌。模擬酪氨酸酶這些優(yōu)異功能，開發(fā)了酚類化合物的咪唑甲基化新方法，設(shè)計合成了一系列含多個咪唑基的雙核銅酶模型物4，實(shí)現(xiàn)了模型物在室溫下對氧氣的絡(luò)合、活化和催化苯偶姻生成二苯基乙二酮的反應(yīng)，以及催化羧酸酯和磷酸酯的水解反應(yīng)。第28頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三綠色催化劑之生物催化劑生物催化在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用：1、葡萄糖的生產(chǎn)2、甾體轉(zhuǎn)化3、氨基酸的生產(chǎn)固定化技術(shù)第29頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三光催化劑借助光的激發(fā)而進(jìn)行催化反應(yīng)的催化劑ZnO-CuO-H202，在紫外光作用下，可對染料廢水進(jìn)行催化脫色，脫色率近100%TiO2光催化劑光解二氯乙酸、光的光解制氫,CO2的光催化固碳都是為未來解決能源、人工光合作用的主要催化反應(yīng)第30頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三納米TiO2光催化劑第31頁，講稿共35頁，2023年5月2日，星期三TiO2粉體和膜材料的摻雜與改性糖果包衣專用TiO2第32頁，講稿共35頁，2023年5月2日，