精细化工—催化剂.ppt

1、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,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

2、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）,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,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,G 0 = - RT

3、lnK,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,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：,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

4、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,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，Active components ） 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

5、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,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（Support or Carrier） 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

6、活性中心,4、催化剂的反应性能,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（Turnover frequency）/ 转换数（ Turnover number） 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,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（

7、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）,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）,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