纳米尺度催化材料2.ppt

1、稀土氧化物超细催化剂,稀土氧化物超细催化剂的应用十分广泛，但大多是以添加剂的形式加入到催化剂中，用以对催化剂的性能进行修饰。 在均相催化剂体系，稀土元素通过调节其性能，如改变其内禀半径，调节其亲电性、亲羰剂性，改善其酸碱的硬软度，优化其三价离子的氧化还原性，完成催化转化过程。,汽车尾气净化催化剂,汽车尾气净化催化剂的性能,乙烷氧化脱氢催化剂,过渡金属氧化物超细催化剂,过渡金属氧化物作为催化剂时，要加入各类修饰剂。 如，选择性修饰剂、活化促进剂、活性稳定剂和结构稳定剂。 例如：CuO-ZnO/Al2O3；甲醇合成催化剂 NiO-WO3/Al2O3；加氢精制催化剂 MoO3-Bi2O3 /Al2O

2、3 ；丙烯氨氧化催化剂 CoO-MnO-MoO3； F-T合成催化剂,超细分子筛催化剂,分子筛是一类由硅铝酸盐组成的微孔孔径在0.30.7nm的多孔性固体。 不同的氧化物、特定晶体结构 如，硅铝分子筛、磷酸铝分子筛、钛硅分子筛； 应用：吸附和催化领域。,分子筛结构特点,1. 具有一定的骨架结构; 2. 很高的比表面积; 3. 通过结构修饰,具有选择性; 4. 骨架周围存在活性位,数目和强度可以修饰与控制; 5. 形成很强的静电场,可以予活化反应物分子; 6. 具有分子尺度大小的孔道或笼结构,可以筛选分子进行选择性吸附与催化转化; 7. 是优越的择形性吸附剂和催化剂; 8. 可以转换其它性能的分

3、子筛; 9. 孔道结构的修饰,可以使其适用于某一吸附剂或特殊催化剂; 10. 可以锚定其它活性组分,因而易制备多功能催化剂; 11. 有很高的热稳定性、水热稳定性，在较苛刻条件下安全、方便使用；,分子筛的骨架结构,分子筛有天然的和人工的，已知的大约有136种。,分子筛结构构成过程,一级结构单元,二级结构单元,三级结构单元,四级结构单元,分子筛孔道结构,分子筛按微孔大小分类,微孔分子筛：主孔道孔径在0.280.4nm; 由六元环、八元环组成； 中孔分子筛：主孔道孔径在0.50.6nm; 由十元环组成； 大孔分子筛：主孔道孔径在0.7nm以上; 由十二元环或以上组成；,分子筛主客结构示意图,分子筛

4、进行离子交换,分子筛酸性的位置,分子筛酸性位的结构,分子筛主要反应类型,次生孔形成机理,分子筛催化的特点,1. 活性位的均一性; 2. 独特的骨架结构构建出许多规整取向、孔径一定的孔道结构与笼结构，对催化反应非常有利，改善催化反应的选择性，提高催化反应的效率。,纳米尺度分子筛粒径及晶型电镜图,纳米超细分子筛性能特点,1. 更大的外表面积; 2. 更多暴露的晶胞; 3. 短而规整的孔道; 4. 更多易接近的活性位; 5. 骨架结构更规整; 6. 更均匀分布的活性位; 7. 易于改进的活性位(离子交换、骨架调变技术、表面改进技术、担当新的组分),纳米超细分子筛的应用,1.催化裂化的应用,催化剂应用

5、的进展情况,纳米超细分子筛的应用,2.加氢裂化 3. 汽油加氢异构化 4. 轻质烃转化制芳烃 5.合成气催化转化,合成气催化转化,纳米膜催化剂,膜催化是一新兴学科，已成为催化研究领域一个非常活跃的方向，它能集传质、催化反应、分离于一体，是理想的反应体系。 主要研究领域： 含有催化剂组分的无机膜催化剂、 将催化剂活性组分分散到具有特定分离功能的无机膜上、 将只能允许一种气体组分穿过的金属担载到无机载体上制成膜催化剂。,无机膜催化剂需解决的问题,1. 小孔问题； 2. 规模问题； 3. 微孔的测试； 4. 膜催化剂的安装； 5. 活性稳定性； 6. 高温运行；,Pd金属纳米膜催化剂,1866年首次

6、发现金属Pd的催化作用 Pd金属膜催化剂的缺点和问题： 1. H2的低温穿透性低,传输速率过低； 2. 操作弹性小; 3. 应用途径过窄; 4. 液相反应速度过慢; 5. 竞争吸附难以消除; 6. 催化剂的表面积过低. 造价过高; 应用途径过小; 不能保证H2的传输速率; 热稳定差, 易烧结、团聚； 降低了膜催化剂表面Pd的活性数目； 预先活化处理； 抗中毒力不够理想。,Pd金属复合纳米膜催化剂,Pd-Fe金属复合纳米膜催化加氢反应,不同金属复合纳米膜性能比较,金属复合纳米膜的结构,分子筛膜催化剂,是生长在多孔介质表面，形成很薄的分子筛相 主要优点： 床层压力降很小，易于反应介质分离，催化活性

7、组分利用效率高，选择性好，易于传质传热。,分子筛膜催化剂的主要应用,尾气净化处理 ETBE催化精馏,分子筛膜催化剂的主要应用,催化剂的惰性分子筛膜,固定床烷基化反应,分子筛膜催化剂的主要应用,气体传感器,QCM传感器对水蒸汽的影响,QCM:石英微天平气体传感器,QCM膜传感器对烷烃的影响,对烷烃的选择性差，不具备传感器的功能,乙醇膜传感器示意图,乙醇膜传感器,纳米生物催化剂,在纳米尺度上阐释生物分子的构造与性能间的关系，认识生命过程的本质，进而通过对其结构与性能的进一步修饰与设计，得到更优越的分子。,纳米生物,纳米生物,纳米生物,纳米生物,蛋白质的形成,蛋白质的尺度 一般在2-8nm之间 80

8、000种不同的蛋白质。,生物催化,生物催化是维持整个生物体正常运作的关键。通过酶的催化作用完成的。,主要有： 氧化还原反应； 官能团、基团转移化应； 水解反应； 官能团、基团的加成-消除反应； 异构化反应； 配体束缚反应,酶的催化作用循环示意图,生物催化剂,过渡状态理论：反应进行需要克服的能垒是不变的、静态的，酶催化 剂之所以能加快速度，是由于其和反应物作用形成了热力学更有利的过渡态中间体，有效地降低了化学反应的活化能。,生物催化剂,隧道穿透理论： 生物催化剂具有可动性、可变性，具有象波粒的性质,生物催化剂,动态能垒理论： 热的活化，蛋白质的可动性加强、加剧了蛋白质的振动频率和强度，酶的催化转化。,酶的结构与性能,酶的存在状态： 游离型：生活在细胞质、线粒体之中，或血液、淋巴液等 结合型：细胞内壁、细胞膜等结合一起。,酶的特点,活性高,活性比较,选择性高,选择性表现在： 对反应物有很高的选择性 对催化方向选择性很高,