新材料催化技术及应用课件

1、。1、催化技术和新材料的应用，2，固体酸催化剂、纳米材料、催化剂、手性催化剂、生物催化剂、离子液体、无机和有机复合材料概述，主要内容，3，1，概述，新催化材料是创造新催化剂、新工艺和原始技术创新的源泉；分子筛发明分子筛裂化催化剂非晶态合金发明加氢催化剂ZSM-5分子筛发明MDDW、MLDW、M-2重整等。新型催化材料已成为当今世界解决能源、清洁生产和环境等重大问题的前提和核心技术。催化材料广泛应用的基本条件是不同的元素可以进入这类材料的晶格，并且每种元素的数量可以在很大范围内变化；这种材料的基本结构可以存在于一定的组成范围内，其晶格缺陷(非化学计量)是稳定的；晶格上的正离子必须能够移动以提供许

2、多相应的活性中心；为了在各种反应中用作催化剂，这种材料必须在使用温度和氧分压条件下稳定；固体酸催化剂，固体酸催化剂的性质，固体酸的种类，固体酸催化的生产过程，传统酸催化剂与固体酸催化剂的比较，发展方向，固体酸：一般来说，它是指能改变指示剂颜色的固体。严格地说，它指的是一种能产生质子(B酸)或接受孤电子对(L酸)的固体。催化功能来自固体表面具有催化活性的酸性位点，称为酸性中心。它们大多是非过渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含过渡元素的氧化物催化剂。这种催化剂广泛应用于离子反应中，催化剂种类繁多。固体酸催化剂的性质与固体酸的催化行为有重要关系的性质是酸中心、酸强度和酸度。表面的酸中心可

3、分为乙醇酸和乙醇酸，有时同时存在碱中心。氧化铝表面酸中心的产生可由以下公式示意性地表示：和酸强度。固体酸的酸强度可用哈米特酸强度函数H0表示。值越小，酸强度越高。酸度，用每单位重量或表面积的酸中心数或毫摩尔数来表示，也称为酸度。9，9，型固体酸，10，1，固定化液体酸催化剂具有催化效率高的优点，但反应后液体酸催化剂难以分离，副产物较多；固定化后可以使用，在一定程度上解决了催化剂分离的问题，但活性组分会在反应过程中不断流失，催化剂使用寿命短。此外，严重的腐蚀问题也难以解决。一般来说，简单氧化物酸的主要来源是表面羟基和暴露的金属离子，它们分别相当于液体酸中的B酸和L酸。由于简单氧化物本身的性质，它

4、们的存在范围是不同的，并且取决于元素在元素周期表中的位置，即电负性。近20年来，利用硫离子合成微孔非氧化合物的研究工作逐渐展开。这些化合物的特殊结构导致了它们独特的物理和化学性质，如超导性、非线性光学和催化性质，逐渐成为固体化学中一个非常活跃的研究领域。微孔复合金属硫属化合物在催化、离子交换等方面具有应用价值。由于其独特的光电性质，在半导体、光电导体、非线性光学等领域有着广阔的应用前景。所以它们已经成为一个非常活跃的研究领域。4金属盐磷酸盐和硫酸盐可用作酯化反应的催化剂，其中硫酸盐的水合物研究较多。沸石固体酸沸石固体酸是一种重要的工业催化剂，具有较高的酸强度和催化活性。杂多酸固体酸是由不同种类

5、的含氧酸阴离子缩合而成的，其酸称为杂多酸。Keggin结构的杂多化合物是最常用的杂多酸催化剂，也是酸催化活性最好的杂多酸。据报道，12-钨磷酸具有最高的，13，8粘土矿容俊峰等人以高比表面积、高孔隙率的凹凸棒石粘土微球为载体制备了高效球形催化剂，并对其乙烯聚合反应进行了研究，取得了良好的效果。阳离子交换树脂离子交换树脂是缩合反应和脱水反应的有效催化剂。阳离子交换树脂催化剂反应条件温和，副产物少，具有其他固体酸催化剂的优点，即产品后处理简单，催化剂易于与产品分离，可循环使用，便于连续生产，不腐蚀设备。固体酸超强酸SO42- MX OY是一种经典的固体酸，它是一种由某些金属氧化物(MX OY)负载

6、并由SO42-负载的固体催化剂。SO42- MX OY固体超强酸具有以下优点：对水具有良好的稳定性，例如SO42 - ZrO2在空气中放置较长时间后，只需加热1小时即可去除表面吸附的水分，从而恢复其活性。吸附在其表面的SO42 -稳定地结合到载体表面，即使用水洗涤也难以除去。可在高温下使用。它的腐蚀性很小。由于SO42- MX OY固体超强酸的上述优点，其在酯合成中的应用也是广泛而深入的。15，15，固体酸催化生产工艺，16，16，传统酸催化剂与固体酸催化剂的比较。17、发展方向：阐明超酸性和催化活性的机理和规律，从理论上指导各种高性能固体酸催化剂的合成和制备，在应用研究中根据工业生产的要求提

7、高使用寿命和扩大应用范围。许多固体酸在实验过程中容易失活，因此有必要制备高稳定性的固体酸。从催化剂的起源入手，研究了合成规律，开发了一种具有通用酸催化作用的催化剂，拓展了固体酸催化剂的应用机会。纳米材料催化剂简介纳米催化剂的制备方法纳米催化剂在催化领域的应用纳米催化剂展望，19。纳米材料是指通过压制、烧结或溅射形成的超细颗粒尺寸为1100纳米的聚集固体。它具有高断裂强度、良好的韧性和耐高温性能。纳米粒子具有许多传统固体所不具备的特殊性质，如特殊的化学、机械、电子和磁性等，引起了国内外研究界的极大关注。纳米材料被称为“21世纪的新材料”。纳米材料催化剂介绍。20，纳米催化剂的制备方法1。化学方法

8、2。物理方法和化学方法纳米催化剂的制备方法溶胶-凝胶法通常使用金属盐或半金属盐作为前体，并在搅拌或超声下水解和缩聚合适的醇盐如四甲氧基硅烷、水、酸性或碱性催化剂和助溶剂，以形成二氧化硅三维网络结构。在凝胶化过程中，引入的金属组分被埋在三维网络结构中。然后进行凝胶老化过程，最后通过干燥将溶剂从交联的多孔网格中蒸发出来，最终得到纳米尺寸的网格结构。水解水解是一种方法，其中无机盐和金属醇盐与水反应，获得氢氧化物和水合物的沉淀物，然后通过加热分解。沉淀法用沉淀法制备了单晶硅负载的硫酸化氧化锗纳米晶薄膜，用于催化低碳烯烃的异化。该电化学沉积方法以铝在四磷酸介质中直流电解形成的均匀分布的多孔氧化铝膜为模板

9、，加入镍盐进行交流沉积，通过化学镀镍得到镍。将电镀样品从其外围边缘切下，并置于氢氧化钾溶液中，以溶解未氧化的基体铝和部分氧化铝，从而制备镍纳米线电极。直径为7080纳米的纳米线分布在镍纳米线电极表面。镍纳米线电极对乙醇氧化具有很高的催化活性。物理法惰性气体蒸发法纳米催化剂的制备方法惰性气体蒸发法是将金属在低压惰性气体中加热蒸发形成纳米颗粒。氢电弧等离子体法、23、纳米材料在催化中的应用、纳米催化剂在加氢催化反应中的应用；催化加氢制备1-己烯；负载在二氧化钛上的纳米钯(5纳米)的产率为100，催化剂只能获得29.7己烷、21.6己烯异构体和48.7 1-己烯。芳烃加氢纳米镍和铈在苯气相加氢中具有

10、较高的选择性和热稳定性。纳米钯Al2O3的加氢活性和选择性明显高于化学浸渍法制备的钯al2o 3。纳米材料在电催化反应中的应用NiMo等合金纳米晶催化剂已经取代铂用于析氢反应，并取得了良好的效果。铂纳米材料催化有机酸的还原反应以及纳米催化剂在化学电源中的应用纳米催化剂在化学电源中的应用研究主要集中在纳米轻烧结构作为电池电极的应用上。利用纳米轻烧结体作为化学电池、燃料电池和光化学电池的电极，可以增加反应表面积，提高电池效率，减轻重量，有利于电池小型化。轻烧结体如镍和银已被用作化学电池等的电极。纳米催化剂在环境保护中的应用锐钛矿型纳米二氧化钛是一种光催化性能优异的催化剂，在环境保护方面取得了良好的

11、效果。人工照明和纳米氧化钛催化剂可以将工业废液和污染地下水中的多氯联苯分解为CO2和水。到目前为止，纳米二氧化钛可以处理80多种有毒化合物，包括纺织印染工业和照相工业的污染物、有毒溶剂、农药、木材防腐剂、染料和燃料油等。纳米催化剂的发展前景纳米催化剂的制备和应用研究引起了国内外专家学者的极大关注，并取得了可观的成果，但纳米催化剂制备的产业化和商业化仍需进一步研究。主要表现为：(1)现有制备技术不够成熟，成果仍处于实验室和小规模生产阶段，对扩大生产规模所涉及的工程技术问题认识不足；(2)纳米催化剂工业生产设备需要进一步研究和改进，以提高产量和降低粉体成本；(3)纳米催化剂的性能稳定性控制技术尚未

12、掌握。粉末在空气中易氧化、吸湿、结块，性能非常不稳定，给纳米催化剂的工业应用带来障碍，降低了其使用性能。这些问题是纳米催化剂未来研究的重要方向。手性催化剂、金属配合物手性催化剂、聚合物手性催化剂、金属配合物手性催化剂。反应收率高。应用范围广。它可以装载在聚合物载体上，便于回收利用。29.手性配体应具备以下条件：1 .当形成手性中心时，配体容易与金属离子合作而不形成溶剂2。催化剂的活性不会因引入配体而降低。3.配体易于修饰，常用于多用途产品合成的手性配体有手性膦、胺、醇、酰胺、羟基氨基酸、二氧化物、亚砜、环戊二烯和冠醚。30，反应实例，催化不对称氢化，催化不对称环丙烷化，催化不对称氧化，催化不对

13、称碳-碳键形成，催化狄尔斯-阿尔德反应，31、催化不对称氢化，以金属配合物为手性催化剂的不对称氢化是一个已经取得良好结果的领域。最引人注目的是在铑/膦配合物的催化下由酰基氨基丙烯酸合成光学活性氨基酸。目前，一些铑/膦复合催化剂已被用于合成酪氨酸、色氨酸、亮氨酸和其他氨基酸，一些还被用于合成脱水皮肤。手性环丙烷可以通过在手性铜、钴和铑催化剂存在下用重氮乙酸苯酚对烯烃进行脱氮得到。这是一些天然产物的基本结构，大多数拟除虫菊酯都有这种结构。以手性铜催化剂(S)- 7644为催化剂，进行了卡宾分子的不对称加成环化反应手性席夫碱金属配合物催化剂是不对称环丙烷化反应中研究最早、最广泛的催化剂。目前，手性席

14、夫碱催化剂已经从两个方面进行了结构修饰： (1)在水杨醛上引入取代基；(2)手性胺的选择。催化不对称环丙烷化。33，其他催化反应类型，手性金属配合物催化剂具有较高的反应收率，只要保证高的立体选择性，就可以得到理想的催化剂。此外，金属可以催化许多反应，通过将不同的金属与配体结合可以得到各种复杂的催化剂，具有广泛的应用。金属配合物催化剂可以在不影响催化能力的情况下固定在聚合物载体上，为其回收利用提供了方便。手性金属配合物催化剂也可用于不对称Baeyer-Villiger反应、烯烃异构化反应、氢化硅烷化反应、不对称环氧化反应1，3，5，6、C，N-二苯基硝酮的催化环加成反应，一些金属如铝和钛也可以以

15、L碱的形式催化Diels -Alder反应和氢氰化反应。此外，金属配合物作为DNA结构和构象的探针一直是一个活跃的研究领域。聚合物手性催化剂是以聚合物为载体，通过共价键接枝手性配体，并与中心原子或离子络合形成的手性催化剂。它具有均相和多相催化剂的优点。它不腐蚀设备，易于从产品中分离和回收。其缺点是对温度和介质敏感，稳定性差。35，聚合物金属络合物催化剂的分类。在催化反应体系中，非交联聚合物金属配合物经常溶解成均相，称为均相聚合物金属配合物催化剂。交联聚合物金属配合物在催化反应体系中只溶胀不溶解，通常以固相存在，因此被称为非均相或非均相聚合物金属配合物催化剂。生物催化剂的优势生物催化剂的固定化生

16、物催化剂的发展前景生物催化剂在化学工业中的应用酶工程和微生物工程在生物化学工业中占有极其重要的地位，受到世界各国的高度重视。生物催化剂是生物体为维持自身生物活性而进行新陈代谢所产生的各种催化剂。生物催化剂，包括酶、微生物、抗体酶等。是另一种高效催化剂。生物催化的优点：1。反应条件温和，PH 49，温度10602，高效3，立体选择性4，特异性5，环境友好6，操作安全，易于控制，可替代强碱等化学品。生物催化剂的固定化生物催化剂的固定化是通过化学或物理方法将生物催化剂限制在特定的空间内，使其保持一定的催化性能并可连续重复使用。新型固定化技术：膜固定化；凝胶-凝胶固定法；超微载体固定化方法；絮凝吸附固定法；耦合固定和关节固定等。40，生物催化剂的发展前景，即工业制剂，这些产品的研究和生产是一个具有高科技含量的生物工程产业。20世纪90年代以来，毒副作用小、生物利用度高的手性药物(光学纯药物)发展迅速，年市场销售额超过100亿美元。与此同时，对手性药物生产至关重要的生物催化剂的生产也迅速兴起，成为一个充满活力的高新技术产业。在市场需求的驱动下，各种新型生物催化剂应运而生。其中，新型生物催化剂，如转氨酶、亮氨酸脱氢酶、青霉素酰化酶、磷脂酶、氨化酶、氨肽酶、固定化大肠杆菌、氧化脱卤酶、乙酰脲酶、蛋白酶、热解酶等。已投入工业大规模生产，并广泛用