催化剂基础知识

技术基础知识1.什么是催化剂？催化的特点是什么？答：一种在化学反应中能改变反应速度而在反应前后其组成和重量保持不变的物质称为催化剂。加速反应的正催化剂；减速并称量负催化剂。一般来说，催化剂是校正催化剂。催化改变了化学反应的方式。在反应结束时，与初始状态相比，虽然催化剂没有变化，但它参与了反应，例如，形成活化吸附状态、中间产物等。因此降低了反应所需的活化能。催化作用不能改变化学平衡状态，但它可以缩短达到平衡的时间，并且可以在可逆反应中以相同的速率增加正向和反向反应的速度。催化剂只能加速热力学上可能的反应，但不能加速热力学上不可能的反应。催化选择性。催化剂可以使相同的反应物在不同的方向反应，产生不同的产物，但是催化剂在一定条件下只能加速一个反应。例如，一氧化碳和氢气分别使用铜和镍催化剂，在相应的条件下分别生成甲醇和甲烷水。一种新的催化过程和新催化剂的出现往往会从根本上改变某一化学加工过程的状况，有力地推动工业生产过程的发展并创造大量财富。现代无机化工、有机化工、石化工业和新兴海洋石化工业的例子不胜枚举。在与人类生存密切相关的许多方面，如充分利用资源、提高化学加工效率、合成具有特定性能的产品、有效利用能源、减少和控制环境污染，以及在生命科学中，催化发挥着越来越重要的作用。2.什么是活化能？答：一般来说，催化过程能加速反应的原因是催化剂降低了活化能。为什么催化剂能降低活化能？关键是化学吸附发生在反应物分子和催化剂表面原子之间，形成吸附化学键和表面络合物。与原始反应物分子相比，由于吸附键的强烈影响，一些键或一些键被削弱，从而大大降低了反应的活化能。催化反应中的活化能实际上是实现上述化学吸附所需吸收的能量。一般来说，只有当反应物分子具有较高的能量时，它们才能处于活化状态，进行化学反应。这种能量通常比分子的平均能量高得多，两者的区别在于活化能。在一定温度下，活化能越高，反应越慢，活化能越小，反应越快。对于特定反应物的催化剂，反应物分子必须穿过相应的能量屏障才能实现化学吸附和进一步的化学反应。简而言之，在化学反应中将普通分子转化为活性分子所需的最小能量是活化能。它的单位通常用千卡/克分子或千焦/摩尔来表示。3.什么是催化剂活性？什么是活动的表达方式？答：催化活性是用来衡量催化剂的催化效率。催化活性是催化剂影响反应速度的程度，是判断催化剂效率的标准。对于固体催化剂的催化活性，通常使用以下方法：(1)催化剂的比活性。催化剂的比活性通常用表面比活性或体积比活性来表示，即测量的反应速率常数与催化剂表面积上活性催化剂体积的比值。(2)反应速率表达式。反应速率表达式由每单位时间反应物或产物的摩尔数的变化来表示。(3)工业上常用转化率来表示催化活性。其表达方法如下：在一定的反应条件下，转化反应物的量(na)占进料量(nA0)的百分比，表达式为：XA(换算)=n a/na0 100%(4)。活性由每小时每升催化剂的产品重量值表示，即时空产率上述(3)和(4)活动表达式在生产中常用。此外，催化剂活性由在某些反应条件下反应后组分的残留量来表示。例如，出口处的剩余甲烷量用于烃蒸汽转化反应。这些方法直观但不精确，因为它们不仅与催化剂的化学组成、物理结构和制备条件有关，还与操作条件有关。然而，它经常在工业中使用，因为它是直观和简单的。4.什么是催化剂失活？停用的原因是什么？答：对于大多数工业催化剂来说，它们的物理和化学性质随着催化反应的进展而略有变化，这在短期内是难以检测的。然而，在长期运行过程中，这些变化累积起来，导致催化剂活性和选择性显著降低。这是催化剂的失活过程。此外，外部因素如反应物中的毒物和杂质、上游工艺带来的粉尘以及反应过程中原料中的碳沉积也会导致催化剂活性和选择性下降。催化剂的失活主要是由于原料中的毒物、催化剂超温引起的热老化、进料比例的不平衡、工艺条件和活性的波动以及催化剂在长期使用过程中固体结构状态的变化或破坏引起的选择性衰减。5.催化剂的选择性是什么？答：当一个化学反应在热力学上可能有几个反应方向时，催化剂在一定条件下只能加速其中一个反应。这种加速化学反应的特殊性能称为催化剂选择性。选择性=预期产品中消耗的原料量/原料的总转化量催化剂的选择性主要取决于催化剂的组成和结构以及催化反应过程中的工艺条件，如压力、温度、介质等。6.催化剂中毒的类型有哪些？分开描述。答：催化剂中毒可分为可逆中毒、不可逆中毒和选择性中毒。可逆中毒：当毒物吸附或结合在活性中心时，产生的键强度相对较弱。可以采用适当的方法除去毒物并恢复催化剂的活性，而不影响催化剂的性能。这种中毒称为可逆性中毒或暂时性中毒。不可逆中毒：毒物与催化剂的活性成分相互作用，形成强化学键。很难用普通方法除去毒物来恢复催化剂的活性。这种中毒称为不可逆中毒或永久性中毒。选择性中毒：催化剂在中毒后可能会失去对一个反应的催化能力，但对其他反应仍有催化活性。这种现象被称为选择性中毒。例如，在一系列反应中，如果毒物仅使导致后续反应的活性部位中毒，则可以在中间产物上停止反应，以高产率获得所需的中间产物。7.如何评价催化剂的强度？答：工业固体催化剂颗粒应具有承受下列应力而不断裂的强度。(1)。它必须能够承受处理填料桶时造成的磨损和冲击，以及装载时催化剂从一定高度掉落造成的冲击和冲击。(2)催化剂必须承受自身重量和气流的影响。催化剂的强度用压碎强度和耐磨性来表示。这通常指催化剂的机械强度。许多工业催化剂在出厂时处于相对稳定的氧化状态，并在使用前进行还原处理。一般来说，催化剂在氧化状态下的强度较好，但在高温、高压和高气流冲刷下还原或长期使用后，内部结构会发生变化，损坏催化剂的强度。为了评价催化剂的强度，不仅需要考察催化剂的初始机械强度，更重要的是考察催化剂在使用过程中的热压碎强度和耐磨性是否能满足还原后的需要。只有当催化剂在使用中具有较高的强度时，催化剂才能有较长的使用寿命。8.催化剂的比表面积是多少？简要描述特定表面的重要性。答：催化剂的单位重量表面积是非均相催化反应发生在催化剂表面，因此催化剂的比表面尺寸会影响催化剂的活性。然而，比表面积的大小通常与催化剂的活性不成正比，因为首先，我们测量的比表面积是催化剂的总表面积，具有催化活性的面积(活性表面)仅占总面积的一部分，因此催化剂的活性也与活性组分在表面上的分散有关。第二，催化剂的比表面主要是颗粒的内表面。孔隙结构不同，传质过程也不同，特别是受内扩散控制的反应。孔结构与表面利用率直接相关，因此催化剂的活性也与表面利用率相关。总之，虽然比表面积不能直接表征催化剂的活性，但它可以相对反映催化剂的活性，这是催化剂的基本性质之一。9.催化剂的堆积密度是多少？粒子密度？真实密度？答：催化剂的密度可分为以下不同含义的密度：(1)。包装密度，2。粒子密度，(3)。真实密度。包装密度是指单位包装体积内物质的质量数：堆=m/V堆=m/(V间隙V孔V真)颗粒密度是指单位颗粒体积中物质的质量数：粒子=m/(V孔vzhen)=m/(V堆叠-V间隙)真密度是指每单位骨架体积的物质质量数：真=m/V真在工业应用中，填充密度通常用来表示催化剂的密度。学位。10.催化剂的孔分布、比孔容及其对催化反应的影响？答：1克催化剂颗粒中所有孔隙体积的总和称为比孔隙体积(毫升/克)。V 空穴=V空穴/m=1/粒子1/真孔分布是指根据孔径大小的孔体积分布，从而确定催化剂中包含的大孔、过量孔和细孔的数量和分布。通常，孔径大于200纳米的孔被称为大孔，孔径小于10纳米的孔被称为细孔，孔径为10-200纳米的孔被称为过度孔。某一催化反应存在相应的最佳孔结构：(1)。当反应受动力学控制时，小孔大比表面积的催化剂有利于活性。.当控制内部扩散时，催化剂的最佳孔径应等于反应物或产物分子的平均自由直径。在常压下约为100纳米，在300大气压下约为1纳米。.对于较大的有机化合物分子，催化剂的最佳孔分布取决于反应物或生成分子的大小。此外，孔结构对催化剂的选择性和强度也有一定的影响。10.根据催化效果，催化剂的化学结构是什么？答：大多数工业催化剂不是单一的化合物，而是由多种化合物组成，根据其在催化反应中的作用，可分为三部分：主要活性组分、助剂和载体。1.主要活性组分是在催化剂中起主要催化作用的组分。2.向催化剂中加入添加剂以提高主要活性组分的催化性能催化剂的选择性或热稳定性。根据其作用机理，可分为结构添加剂和改性添加剂。结构助剂功能是增加比表面积并改善催化剂和主要活性基团的热稳定性组件的结构稳定性。改性助剂作用是改变主要活性组分的电子结构、表面性质或晶体结构，从而提高主要活性组分的活性和选择性。(3)载体是支撑活性组分并具有足够机械强度的多孔物质。其功能是：作为支撑主要活性组分的骨架，增加活性比表面积，提高催化剂的导热性，增加催化剂的抗毒性。有时载体与活性组分相互作用生成固溶体和尖晶石等。改变组合形式或晶体结构。该载体还可以通过用以下物质负载活性组分来制备多功能催化剂6.产品从内表面扩散到外表面(内部扩散)7.产品从外表面扩散到气相(外扩散)在稳定状态下，反应速度由最慢的一步控制。通常，在高温、低流速和大粒径催化剂下，扩散控制是可能的，而在低温下在温度、高流速和小粒径的条件下，它可以转化为动力学控制。12.催化剂更换的原则是什么？答：更换催化剂有三种情况：1.临时替换