精细化工-催化剂课件

其它精细化工产品

——催化剂

小组成员：讲解：方国清PPT制作：方国清潘从涛材料搜集：范乃勇张美精催化剂的定义与特征催化剂的分类催化剂的基本组成催化剂的反应性能主要内容200cpsi400cpsi600cpsi概述近年来，化学工业随着新型催化剂的研究成功和广泛应用获得了迅速发展。据统计，现代化学工业中约有90%的化学反应与催化剂有关，催化剂已成为化学工业的中枢。什么是催化剂？吃的是草，产的是奶？1、催化剂定义与特征定义国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出定义：催化剂—是一种物质，它能加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由能变化其它定义：催化剂是一种加快热力学上允许的化学反应达到平衡的速率，而在反应过程中自身不被明显消耗的物质催化剂是一种能够改变化学反应速度，而它本身不参与最终产物的物质催化剂的基本特性一改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度（催化剂的共性—有活性）1/2N2

＋3/2H2NH3E1Na+3Ha吸附脱附能量反应历程E非NH31/2N2+3/2H2E2(NH3)a表面反应通过改变反应历程，使反应沿一条新的途径进行，此途径是几个基元反应组成，而基元反应活化能都很小，因此反应所需克服的能垒值大大减少Fe催化反应速率非催化反应速率＝3×1013（500℃常压）催化剂的基本特征二只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应只有热力学允许，平衡常数较大的反应加入催化剂才有意义在开发新反应催化剂时，首先应进行热力学分析，看它在给定条件下是否属于热力学上可行的反应△G

＜0△G0=-RTlnK催化剂的基本特征三催化剂对反应具有选择性（催化剂的专用性）专一对某一反应起加速作用的性能为选择性CH3CHO+H2200-250℃CuAl2O3ZnO-Al2O3Cu（活化）350-380℃Al2O3250℃Na400-450℃Cu(COO)2C2H4+H2O(C2H5)2O+H2OC4H9OH+H2OCH2=CH-CH=CH2+H2O+H2C2H5OH甲乙醚乙酸丙酯CH3COOCH2C2H5+H2CH3CH2OCH3+H2+CO同一催化剂，条件不同，产物也不同催化剂的基本特征四只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置（平衡常数）△G催化=△G非催化简而言之：催化剂的基本特征：改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度催化剂对反应具有选择性只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置催化剂能做什么？催化剂不能做什么？2、催化剂分类催化反应分类：同时具有均相和非均相反应的性质（活性、选择性极其高）反应物和催化剂处于不同相态中（气固、液固、气液固、气液）（存在传质问题）反应物和催化剂处于同一相态中（均为气相或液相）（无传质问题）均相催化反应酶催化反应非均相（多相）催化反应反应类别催化剂状态反应物状态实例均相气气NO催化SO2氧化为SO3液液硫酸催化乙酸与乙醇酯化固固非均相液气PdCl2-CuCl2水溶液催化乙烯与氧气反应成乙醛固气负载型钯催化乙炔选择加氢固液Ziegler-Natta催化剂催化丙烯聚合固气+液贵金属催化硝基苯加氢固气+固固液+固2.1按聚集状态分类2.2按催化剂组成及使用功能分类2.3按工艺和工程特点分类

多相固体催化剂

均相配合物催化剂

酶催化剂3、催化剂的基本组成催化剂助催化剂活性组分载体活性组分：金属金属氧化物或硫化物复合氧化物固体酸、碱、盐等主要功能：活性载体：高熔点氧化物硅胶、粘土、活性炭等主要功能：高表面积、多孔性、机械强度、热稳定性、

双功能（附加活性中心）助催化剂：金属、非金属等主要功能：对活性组分/载体改性主催化剂（活性组分，Activecomponents）催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质氨合成催化剂：Fe-K2O-Al2O3

Fe为主催化剂助催化剂（助剂，Promoter）催化剂的辅助成分，其本身无活性或活性很小，但少量加入，可明显提高催化剂的活性、选择性和稳定性（寿命）等AL2O3ZnOCu合成甲醇催化剂：Cu-ZnO-Al2O3

ZnO

为助催化剂（阻隔Cu微晶长大）Al2O3

为助催化剂（阻止铁烧结）载体（SupportorCarrier）催化剂活性组分（助剂）的分散剂和支撑体，是负载催化剂活性组分的骨架，通常为具有足够机械强度的多孔性物质多数催化剂需借助于载体，把活性组分分散在有高孔隙率的载体颗粒表面上

如：Pt/Al2O3载体的功能：增大活性表面和提供适宜的孔结构（载体最基本的功能）增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定形状改善催化剂的导热性和热稳定性提供附加活性中心4、催化剂的反应性能反应性能活性选择性稳定性4.1活性催化剂对反应加速的程度，用来衡量催化剂效能大小的指标表示方法：比活性转换频率（Turnoverfrequency）/转换数（Turnovernumber）转化率（一定温度、空速下）时空收率（时空得率）单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数

X（转化率）=（已转化的反应物量/起始的反应物量）×100%一定条件下，单位时间、单位体积（或质量）催化剂上所得目的产物量a=k/S常用催化反应的比速率常数来表示表面比速率常数体积比速率常数质量比速率常数4.2选择性指所消耗的原料中转化成目的产物的分率。用来描述催化剂上两个以上相互竞争反应的相对速率表示方法：选择性S选择性因素（选择度s）S（选择性）=[转化为目的产物所消耗的该反应物量/某反应物转化总量]×100%Y（产率）=转化率×选择性s=k1/k2活性和选择性难两全时的评述方法：原料昂贵，产物和副产物分离困难：选择高选择性原料便宜，产物和副产物分离不困难：选择高转化率对工业催化剂来说，注重选择性往往超过对活性的要求！4.3稳定性（寿命）稳定性是指催化剂活性和选择性随时间变化的情况寿命是指在反应条件下维持一定活性和选择性的时间（从开始使用到活性下降到生产不能再用时所经历的时间）稳定期衰老期成熟期ab运转时间催化剂活性寿命曲线催化剂稳定性：热稳定性（活性组分挥发、流失；活性组分烧结或微晶长大，

进而比表面、活性位减少）化学稳定性（稳定的催化剂化学组成和化合状态，活性组分和

助催化剂不产生化学变化）抗污稳定性（催化剂表面积焦、积炭）抗毒稳定性（催化剂对有害物质毒化的抵抗能力）催化剂中毒可逆中毒（再生复活，如采用适宜的气体吹扫脱除吸附毒物）不可逆中毒含硫、氧、氮、砷的化合物、卤素化合物、重金属化合物、金属有机化合物等（来源于原料中杂质或反应副产物）表面活性中心吸附毒物，转化为较稳定的表面化合物，钝化催化活性位对工业催化剂的要求工业固体催化剂的