《工业催化》课程大纲

工业催化教学大纲课程编号：S 课程类型：专业课 课程名称：工业催化 英文名称：Industrial Catalysis学分：2 适用专业：化学工程与工艺、应用化学第一部分 大纲说明一、课程的性质、目的和任务本课程属于化学工程与工艺专业和应用化学专业的专业必修课程，主要介绍工业催化技术的应用以及催化剂设计、制备、表征的一般知识和规律。通过教学使学生掌握催化作用原理、催化剂设计、催化剂制备与催化剂活性评价等基本知识，了解催化过程的应用与发展趋势，为培养化工专业技术人才提供坚实的理论基础。二、课程的基本要求1、知识要求：通过本课程的学习，使学生了解催化作用的基本规律和基本原理，了解热力学平衡原理对催化作用的制约。了解催化剂的组成、制备原理和方法，催化实验用的反应器和检测仪器、手段等。了解工业催化技术的基本要求和特性。掌握一些重要催化剂，如固体酸碱催化剂、分子筛催化剂、金属催化剂、络合催化剂、金属氧化物剂和金属硫化物催化剂的催化作用和制备方法。2、能力要求：本课程是一门实践性很强的课程，在学习过程中要使学生多实践、多观察、多思考，从而提高其自学能力、分析能力和动手能力。使学生能够运用所学有关催化剂的基本知识，进行简单催化剂的设计和制备；能够对催化剂作简单表征。三、本课程与相关课程的联系本课程应在物理化学、化工原理等课程之后开设。四、学时分配本课程学分为2学分，建议开设32学时（在保证学分的前提下可以微调）。章（节）内容讲课学时实验（上机）学时课堂讨论（习题课）学时现场教学学时总学时第一章绪论11第二章催化作用与催化剂33第三章吸附作用与多相催化66第四章各类催化剂及其催化作用1010第五章工业催化剂的制备与使用66第六章工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征66合计3232五、教材与参考书建议教材：工业催化（第二版），黄仲涛，化学工业出版社，2006年参考书目：1、工业应用催化剂，金杏妹，华东理工大学出版社，2004年2、工业催化剂研制与开发，闵恩泽，中国石化出版社，1997年3、工业催化剂设计与开发，黄仲涛，华南理工大学出版社，1992年4、催化剂工程导论，王尚弟、孙俊全，化学工业出版社，2001年5、工业催化原理，李玉敏，天津大学出版社，1996年六、教学方法与手段建议本课程以讲授为主，部分内容采用课堂讨论的形式。本课程与生产实际密切相关，宜采用多媒体展现相关生产中的资料图片，提高教学效果。要求学生认真完成作业外，培养学生分析问题和解决问题的能力。在条件许可的情况下，带领学生到化工厂参观，增强感性认识。七、课程考核方式与成绩评定办法考核形式：考试（闭卷）。成绩评定办法：课堂表现10%，作业20%，考试70%。第二部分 课程内容大纲第一章绪论（1学时）一、本章的教学目的和要求：通过对本章的学习，了解工业催化剂在经济上的重要性；了解工业催化的发展简史；了解催化领域的新进展。重点：工业催化发展简史。二、教学内容及要求： 1、课程的任务和性质；2、课程的主要内容；3、工业催化的发展简史：催化概念的诞生，基础化工催化工艺的开发期，炼油和石化工业的发展期，合成高分子材料工业的兴起，择形催化与新一代炼油工业，手性催化与制药工业；4、催化领域新进展：环境保护和环境友好的催化技术，新能源开发的催化技术，新材料合成的催化技术和新型催化材料，生物催化技术，手性催化技术，组合催化技术，纳米催化技术，微化学反应体系中的催化技术。第二章 催化剂与催化作用（3学时）一、本章的教学目的和要求：了解催化剂的组成、载体的功能；了解均相催化剂的特征；掌握催化剂的定义、催化剂的活性、选择性、稳定性和寿命等概念。重点：催化作用和催化剂定义，催化剂分类，催化剂组成。难点：催化基元反应步骤。二、教学内容及要求： 1、催化作用的定义与特征：定义，特征；2、催化剂的组成与载体功能：催化剂的组成，载体的功能；3、对工业催化剂的要求：活性和选择性指标，稳定性和寿命指标，环境友好和自然界的相容性；4、均相催化剂的特征：均相中的分子分散，催化基元反应步骤，络合均相催化的工业应用案例。第三章 吸附作用与多相催化（6学时）一、本章的教学目的和要求：掌握催化剂的吸附作用、BET等温式、多相催化中的传质过程；了解催化剂的表面结构。重点：催化剂的吸附作用、吸附等温式，多相催化中的传质过程。难点：吸附等温式。二、教学内容及要求： 1、多相催化的反应步骤：外扩散与外扩散系数，内扩散系数，反应物分子的化学吸附，表面反应，产物的脱附；2、吸附等温线：简单的朗格缪尔吸附等温式，解离吸附的朗格缪尔等温式，竞争吸附的朗格缪尔等温式，非理想的吸附等温式，BET公式；3、金属表面上的化学吸附：化学吸附研究用的金属表面，金属表面上分子的吸附态，分子在金属上的活化及其吸附强度，金属表面上化学吸附的应用；4、氧化物表面上的化学吸附：半导体氧化物上的化学吸附，绝缘体氧化物上的化学吸附，氧化物表面积的测定；第四章 各类催化剂及其催化作用（10学时）一、本章的教学目的和要求：掌握各类催化剂的结构特点和作用原理；了解各种催化剂中典型的催化作用实例。重点：各类催化剂的结构特点和作用原理。难点：各类催化剂的作用原理。二、教学内容及要求： 1、酸碱催化剂及其催化作用：固体酸碱的定义和分类，固体表面的酸碱性质及其测定，酸、碱中心的形成与结构，固体酸碱的催化作用，超强酸及其催化作用，超强碱及其催化作用杂多化合物及其催化作用离子交换树脂及其催化作用；2、分子筛催化剂及其催化作用：分子筛的结构构型，分子筛催化剂的催化性能与调变，中孔分子筛催化剂及其催化作用；3、金属催化剂及其催化作用：金属和金属表面的化学键，金属催化剂催化活性的经验规则，负载型金属催化剂的催化活性，金属簇状物催化剂，合金催化剂及其催化作用；非晶态合金催化剂及其催化作用，金属膜催化剂及其催化作用；4、金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用：半导体的能带结构及其催化活性，氧化物表面的MO性质与催化剂活性、选择性的关联，复合金属氧化物催化剂的结构化学，金属硫化物催化剂及其催化作用；5、络合催化剂及其催化作用：过渡金属离子的化学键合，络合催化中的关键反应步骤，络合催化循环，配位场的影响，均相络合催化剂的固相化技术。第五章 工业催化剂的制备与使用（6学时）一、本章的教学目的和要求：熟悉催化剂的制备过程；了解催化材料的类型；掌握催化剂制备各单元操作的基本原理及工业催化剂的制备方法；了解各种制备方法的优缺点。重点：工业催化剂的制备方法，各种制备方法的优缺点。难点：工业催化剂的制备方法。二、教学内容及要求： 1、工业催化剂的制备：沉淀法，浸渍法，混合法，离子交换法；2、工业催化剂的使用：运输、贮存与填装，升温与还原，开、停车及钝化，催化剂的使用、失活与再生。第六章 工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征（6学时）一、本章的教学目的和要求：掌握催化剂的失活原因、催化剂的再生方法；熟悉各种催化剂的表征方法。重点：催化剂失活的原因，催化剂的再生方法；一般表征方法的实验步骤和实验仪器，各种表征方法的测量原理。难点：催化剂失活原因。二、教学内容及要求： 1、