催化剂基础讲义.ppt

催化剂构成与作用 助催化剂 改善催化活性或催化剂稳定性 帮助活性组分： (结构或电子方面) 帮助载体：(结构或电子方面) 例如：合成NH3催化剂： （1）Fe3O4：活性组分 （2）Al2O3 （结构助催剂）: 促进Fe (111) 晶面形成 (3) K（电子助催剂）: 增加Fe表面电子密度 催化剂 助催剂 功能 Al2O3 (载体和催化剂） SiO2, ZrO2, P K2O HCl MgO 改进热稳定性 毒化结焦部位 增加酸性 阻滞活性组分烧结 SiO2-Al2O3 (催化裂化催化剂和基体) Pt 增加CO氧化 沸石 （裂化催化剂） 稀土离子 Pd 增加酸性和热稳定性 增加加氢 Pt/Al2O3 （催化重整） Re 减少氢解和烧结 MoO3/Al2O3 (加氢处理) Ni, Co P, B 增加C－S和C－ N的氢解 增加MoO3分散度 Ni/陶质载体 （水汽转换） K 加快炭的移除 Cu-ZnO-Al2O3 (低温变换) ZnO 减少Cu的烧结 催化剂构成与作用 载体 （: 分散活性组分，使其 保持大的表面积 选择载体原则 比表面积 适宜的比表面积和孔隙结构 过大比表面积载体：活性组分非常活泼，反应产物易进一步转化。 过小比表面积载体：活性组分易聚集而导致失活或活性低。 机械强度：耐反应气流冲击 热稳定性:热膨胀系数较低 无毒和不引起副反应 常用的载体 低比表面积载体 对催化剂的活性影响很小，但热稳定性高，常用于高温反应和强放热反应。如乙烯氧化制环氧乙烷银催化剂中的α-Al2O3。 高比表面积载体 因具有酸性或碱性，会影响催化剂的性能。如SiO2、Al2O3、活性炭、分子筛等。 常用的载体 低比表面积载体 载体 比表面积（m2/g） 刚玉 0～1 碳化硅 1 硅藻土 2～30 石棉 1～16 耐火砖 1 载体 比表面积（m2/g） 氧化铝 100～200 硅胶 400～800 活性炭 900～1200 白土 150～280 SiO2-Al2O3 350～600 高比表面积载体 固体催化剂的结构 固体催化剂的组成 分散度 化合态 物 相 初级粒子 次级粒子 金属单质 化 合 物 固 溶 体 晶 态 非 晶 态 均 匀 度 积聚方式 外 形 表面纹理 孔隙构造 组分分布 固体催化剂的颗粒 催化反应和催化剂的分类 催化反应的分类 按反应系统物相的均一性 均相：催化剂与反应物形成均一相 非均相(多相)：催化剂与反应物处于不同相 酶：酶本身是液体均匀分散在水溶液中（均相），但反应却从反应物在其表面上的积聚开始（多相），因此同时具有均相和多相的性质。 催化反应的分类 按反应类型 加氢 脱氢 氧化 聚合 裂解等 优点：便于比较同类型反应的特点 Ni催化剂：烯烃/苯 加氢 V2O5（五氧化二钒）催化剂： 苯/邻二甲苯 氧化 催化反应的分类 按反应机理 酸碱型反应：催化剂与反应物通过电子对的接受而配位，或发生强烈极化，形成离子型活性中间体物种进行的催化反应。 氧化还原型反应：催化剂与反应物通过单个电子转移，形成活性中间体物种进行的催化反应。 催化剂的分类 按催化剂的元素及化合态分类 金属、金属氧(硫)化物、金属有机化合物 按催化剂的导电性及化学形态 导体、半导体、绝缘体 按行业类别分类 石油炼制工业、化肥工业、环境保护等 催化剂的反应性能 活性：指催化剂对反应加速的程度 选择性：指所消耗的原料中转化成目 的产物的分率 稳定性：指催化剂在使用条件下具有 稳定活性的时间 催化剂活性的表示方法 转化率 CA=反应物A转化掉的量/流经催化剂床层反 应物A的总量×100% 可用完成一定转化率所需的反应温度的高低来比较：反应温度越低，活性越高。 还可用完成一定转化率所需的空速来比较：空速越高活性越好。 空速 空速(Space velocity)：单位时间内，单位质量或体积催化剂所能处理的反应物量。 空速越大，表明催化剂的处理能力越强。 空速的倒数为接触时间 催化剂的选择性 选择性＝转化成目的产物的原料量/总转化 掉的原料量×100％ 选择性＝目的产物的产率/原料的转化率×100％ 产率：指消耗于生成目的产物的反应物量与反应 物进料总量的百分比 产率＝转化率×选择性 催化剂的稳定性 使用寿命：指催化剂在一定反应条件下 维持一定反应活性和选择