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稀贵金属利用 环境友好型催化剂 杨 昊 2012年9月26日 n 甘肃优势资源稀贵金属 n 催化剂的基本概念 n 贵金属催化剂 n 贵金属催化剂应用 我省优势矿产资源 稀贵金属 贵金属 金（au）保有储量全国第 10 银（ag）保有储量全国第 7 铂族金属 铂（pt ） 钯（pd） 铑（rh） 铱（ir ） 钌（ru ） 锇（os ） 保有储量全国第 1 稀散金属 硒（se）保有储量全国第 1 碲（te）保有储量全国第 3 铊（tl）保有储量全国第 3 锗（ge）已探明储量 铟（in）已探明储量 稀贵金属 催化剂基本概念 工业催化剂的定义及特征 n 定义 催化剂作为一种化学物质，借助于与反应物间的相互作用， 加速反应的速率，在完成催化的一次反应后，又恢复到原来 的化学状态，且在反应的最终产物中不显示。 n 特征 只能加速理论上可以进行的反应 只能加速反应趋于理论最大产率，不能提高超过理论产率 对反应具有选择性 催化剂具有一定的寿命 催化剂基本概念 工业催化剂构成 催化剂的辅助成分，自身 活性很小或没有活性，通 过改变催化剂物化性质， 提高催化剂指标或促进载 体功能。 催化剂的主要活性成分， 由单一物质或多种物质组 成。常见的有金属单质或 氧化物以及有机配位物等 。 催化剂活性组分的分散 剂、黏合剂或支撑体， 是负载活性组分的骨架 。关系到催化剂的性能 指标。 催化剂基本概念 工业催化剂指标 n 反应速率（吸氢速率）：在固定条件下，完成一次催化反 应时，每克催化剂每分钟的平均吸氢量。 n 活性（转化率）：在固定条件下，已转化的指定反应物的 量占指定反应物进料量的比例。 n 选择性：在固定条件下，转化成目标产物的指定反应物的 量占已转化指定反应物的量的比例。 n 稳定性：催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。包括 热稳定性、化学稳定性和机械稳定性三方面。 n 寿命：在工业生产条件下，催化剂的活性能够达到装置生 产能力和原料消耗定额的允许使用时间。 n 环境友好和自然界的相容性：催化剂应无毒无害，对环境 友好，反应的剩余物与自然相融。 贵金属催化剂 n 定义 以单一或多种贵金属以不同价态构成主活性组分的催化剂。 n 构成 al2o3、sio2 、纳米碳纤 维、堇青石 等 ceo2、 tio2、zro2 、la等 单质：pt、pd、pt -pd、pd-ru、 ag 氧化物：pto2、 rh2o3 配合物 pd（pph3）3 贵金属催化剂的特点 易吸附反应物，催化活性高 生成热小，对氧和氢的结合力弱，脱附快 热稳定性好，适用温度范围大 化学稳定性高，不易被氧化还原，不易被腐蚀 具有多种催化活性（如光催化、电催化等） 贵金属催化剂的应用 目前贵金属催化剂主要应用于以下三个领域： n 绿色化工催化生产 加氢还原反应、氧化反应、脱氢、催化重整等 n 环境保护领域 汽车尾气的催化、挥发性有机废气催化、有机废水处理等 n 能源领域 化学燃料电池等 n 铂（pt）基催化剂最早在化工中被开发应用的铂族 金属催化剂、应用最广的铂族金属催化剂 n 钯（pd）基催化剂在催化加氢反应中应用最广 n 铑（rh）基催化剂具有反应条件温和、反应选择性高 等特点 n 钌（ru）基催化剂对特定的加氢反应具有较高的催化 活性 n 铱（ir）基催化剂用于航天推进剂肼分解催化。 贵金属催化剂化工中的应用 铂族金属催化剂 铂族金属催化剂化工中的应用 n 铂族金属催化剂在化工生产中常见的反应 硝基加氢反应：-no2 -nh2 不饱和烃加氢反应：c=c ch-ch 、cc ch2-ch2 羰基加氢反应：c=o choh 脱氯加氢反应：c-cl c-h 苯环加氢反应：c6h6 c6h12 乙烯氧化反应：c=cch3-cho或c=c-cooh 羧基加氢反应：-cooh -ch2oh 铂族金属催化剂化工中的应用 n 铂（pt）基催化剂用于一般的官能团和苯环加氢。特别是 氧化还原反应。 n 钯（pd）基催化剂除用于催化加氢反应外，对偶联反应具 有催化作用。如：suzuki反应、heck反应、stille反应等 。 n 钌（ru）基催化剂对羰基还原及芳环加氢具有很高的催化 活性。 如：脂肪醛、脂肪酸加氢还原为脂肪醇，苯环、 杂环加氢等 n 氧化反应贵金属活性顺序：ptpdrh n 葡萄糖加氢贵金属活性顺序：rurhpd n 一般加氢还原催化活性顺序： ptpdrh n 喹啉加氢反应的催化活性顺序：rupdptir 贵金属催化剂的应用 金（au） 、银（ag）催化剂 反应应 类类型 原 料 产产物 氧化反 应 乙 烯 环氧乙烷 乙 醇 丙酮 氧化分 解 氯 苯 r- c6h2(oh) 3 脱氢反 应 甲 醇 甲醛 反应应 类类型 原料产产物 选择 氧化 乙醇 乙酸乙酯 选择 还原 乙炔 乙烯 加氢 硝基 苯 苯胺 巴豆 醛 乙醇，巴豆 醇，丁醇 氢氯 化 乙炔 氯乙烯 银催化剂还用于氧化反应、加氢催化 反应、对noco的催化反应、电催化 反应、光催化反应。此外，银还具有 很强的抗菌作用 金的颗粒尺寸低于35 nm 时，它在很多 化学反应中都会表现出很好的催化活性 ，特别是在温度低于200 时。 au 纳米催化剂具有低温催化活性及催 化活性随湿度增加而增加等特性 n 汽车尾气的催化 尾气：一氧化碳（co）、碳氢化合物（hc）、氮氧化物（nox） 三效催化剂（twg）： 活性组分：pd-pt-rh 助剂：la系金属（la、ce.） 载体：整体蜂窝状堇青石陶瓷（2mgo2al2o35sio2） 原理： coco2 hc h2o+co2 nox n2 n 工业有机废气（vocs）催化燃烧 催化剂作用： 降低有机物燃点，促进有机物的充分燃烧，对燃烧尾气进行催化还原 贵金属催化剂的应用 环境保护中的应用 hcho（g ） hcho（a ） 贵金属