催化作用与催化剂

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 催化作用与催化剂,1,第二章、催化作用与催化剂,催化作用的定义和特征,定义：IUPAC于1981年提出，催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应,特征：（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应.,（2）只能加速到达反应平衡的时间，不能改变化学平衡位置.,（3）催化剂对反应具有选择性,（4）催化剂活性有一定寿命,催化剂加速反应的实例,：,SO,2,O,2,SO,3,( V,2,O,5,)，无催化剂时，即使加热也几乎不生成SO,3,。,N,2,H,2,NH,3,(Fe催化剂)，若没有铁催化剂，在反应温度为400时，其反应速度极慢，竞不能觉察出来，而当有铁催化剂的存在时，就实现工业生产合成氨。,2,第二章、催化作用与催化剂,催化作用的定义和特征,注意几个问题：,1、关于可逆反应：根据微观可逆原理，假如一个催化反应是可逆的，则一个加速正反应速率的催化剂也应加速逆反应速率，以保持K平不变（K平K正/K逆）。也就是说：同样一个能加速正反应速率控制步骤的催化剂也应该能加速逆反应速率。,2、催化作用改变反应历程而改变反应速度（图），意味着：,（1）催化剂参与反应物之间的化学反应,（2）通过反应历程改变使化学反应的所需克服的能垒数值大大减少,结果：催化反应相对常规化学反应发生的条件温和得多，甚至常规条件下难以发生的反应，在催化剂参与下实现了工业化生产。,（3）催化,反应产物具有选择性的主要原因仍然是由于催化剂可以显著降低主反应的活化能，而副反应活化能的降低则不明显（图）,3,第二章、催化作用与催化剂,4,第二章、催化作用与催化剂,5,第二章、催化作用与催化剂,催化剂组成,活性组分,：提供改变反应历程的组分，多为金属、氧化物、酸碱,载体组分,：是或活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。多数为硅和铝的氧化物,助催化剂组分,：催化剂的辅助组分，本身没有活性或者活性很低，用于改善催化剂的各种性能,载体功能：,提供适宜的比表面和孔结构,维持催化的形状和机械强度,改善催化剂热传导性,提高催化剂中活性组分分散度,提供附加活性中心,活性组分和载体的溢流现象和强相互作用,6,第二章、催化作用与催化剂,活性组分与载体的溢流现象（Spillover）和强相互作用 所谓溢流现象，是指固体催化剂表面的活性中心（原有的活性中心）经吸附产生出一种离子的或者自由基的活性物种，它们迁移到别的活性中心处（次级活性中心）的现象。它们可以化学吸附诱导出新的活性或进行某种化学反应。如果没有原有活性中心，这种次级活性中心不可能产生出有意义的活性物种，这就是溢流现象。,它的发生至少两个必要的条件：（A）溢流物种发生的主源；（B）接受新物种的受体，它是次级活性中心,。 前者是Pt、Pd、Ru、Rh和Cu等金属原子。催化剂在使用中是处于连续变化状态，这种状态是温度、催化剂组成，吸附物种和催化环境的综合函数。据此可以认为，传统的Langmuir-Hinshelwood动力学模型，应基于溢流现象重新加以审定。因为从溢流现象中知道，催化加氢的活性物种不只是H，而应该是,H,、H,+,、H,2,、H,-,等的平衡组成；催化氧化的活性物种不只是O，而应该是O,、O,-,、O,=,和O,2,等的平衡组成。溢流现象是50年代初研究H,2,在Pt/Al,2,O,3,上的解离吸附时发现的，现在发现O,2,、CO、NO和某些烃分子吸附时都可能发生这种溢流现象。溢流现象的研究是近二十多年来催化领域中最有意义的进展之一。,7,第二章、催化作用与催化剂,催化剂组成与载体功能,活性组分,：提供改变反应历程的组分，多为金属、氧化物、酸碱,载体组分,：是或活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。多数为硅和铝的氧化物,助催化剂组分,：催化剂的辅助组分，本身没有活性或者活性很低，用于改善催化剂的各种性能,一些说明：,催化剂功能组分,8,第二章、催化作用与催化剂,催化剂组成表示方法：,1,、用“,/”,来区分载体与活性组分,如：,Ru/Al,2,O,3,，,Pt/Al,2,O,3,，,Pd/SiO,2,，,Au/C,2,、用“,-”,来区分各活性组分及助剂,如,Pt-Sn/Al,2,O,3,，,Fe-AL,2,O,3,-K,2,O,工业催化剂的要求,1,、催化剂的活性：,2,、催化剂的选择性：,3,、催化剂的稳定性,4,、环境相容性,9,第二章、催化作用与催化剂,1,、催化剂活性表示方法：,活性：衡量催化剂效能大小表示催化剂加快化学反应速率程度的一种度量。,10,2,、催化剂选择性表示方法,3,、催化剂稳定性,化学稳定性、耐热稳定性、抗毒稳,定,性,、机械稳,定,性,第二章、催化作用与催化剂,11,催化剂分类,1,、按反应系统的均匀性分类,第二章、催化作用与催化剂,12,催化剂分类,2,、按反应类型分类,第二章、催化作用与催化剂,13,催化剂分类,3,、按反应机理分类,第二章、催化作用与催化剂,14,酸碱反应与氧化还原反应比较,第二章、催化作用与催化剂,15,4,、按催化剂导电性分类,第二章、催化作用与催化剂,16,6,、按用途分类,第二章、催化作用与催化剂,三有机化工催化剂,1加氢催化剂,2脱氢催化剂,3氧化-气相、液相催化剂,4氨氧化催化剂,5氧氯化催化剂,6CO+H2合成-合成醇、F-T合成催化剂,7酸催化-水合、脱水、烷基化催化剂,8烯烃反应-齐聚、聚合、岐化、加成催化剂,四环境保护催化剂,1硝酸尾气处理催化剂,2内燃机排气处理催化剂,3制氮催化剂,4纯化-脱痕量氧或氢催化剂,五其它催化剂,一石油炼制催化剂,1. 催化裂化催化剂,2催化重整催化剂,3加氢裂化催化剂,4加氢精制催化剂,5烷基化催化剂,6异构催化剂,二无机催化剂,1脱硫-加氢脱硫、硫回收催化剂,2转化-天然气转化、炼 厂气转化、轻油转化催化剂,3变换-高（中）变、低变、耐硫宽变催化剂,4甲烷化-合成气甲烷化、城市燃气甲烷化,5氨合成催化剂,6氨分解催化剂,7正、仲氢转化催化剂,8硫酸制造催化剂,9硝酸制造催化剂,10硫回收催化剂,17,作业与思考题,第二章、催化作用与催化剂,18,