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工 业 催 化 绪 论 本课程的性质 是化学工程、化学工艺、应用化学、物理化学、有机化学、高分子化学与物理、生物化工、制药工程与能源化工等专业研究生必修课程。 主要任务 通过学习催化作用的基本原理，了解催化过程的化学本质，熟悉催化过程和催化反应器的设计与开发的基本方法，掌握催化反应过程反应机理、过程优化与控制基础理论，并能够将新型催化剂与催化过程化学原理运用到资源的化工利用、化学制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等工业领域。 催化反应定义及分类 非均相催化（多相催化）Heterogeneous catalysis: the catalyst and reactants are in different phases 均相催化 Homogeneous catalysis: the catalyst and reactants are in the same phase 按照不同催化方式分类：光催化、电催化、生物酶催化（Enzymatic catalysis ）、相转移催化 按照反应类型进行分类： 催化加氢、脱氢、氧化、羰基化、聚合、卤化、脂化、裂解、重整、水合 按照反应机理进行分类： 酸碱型催化反应、氧化还原型催化反应、光催化、电催化、纳米催化 催化反应分类详细举列见附件 催化 在化工中的应用 催化氨合成及化肥工业的建立——催化科学研究历史中里程碑 氨是当今世界也是我国超大吨位化工产品, 它的开发成功导致本世纪化学工业第一次飞跃, 催化应用加速了化学工业发展，如化工中的合成氨、硝酸和硫酸生产等，也大大加快了农业发展。 1909年，一位BASF化学师发现某种氧化铁，特别是天然磁铁矿对氨合成反应具有良好的活性。但在试验条件下，表面半熔而活性降低。当掺入少量碱金属和其他金属时，可以避免半熔现象。直至1911年，进行了大约6500次试验，测试了2500个配方，最终找到了以少量钾、镁、铝和钙作为催化剂的铁催化剂，它与当今氨厂使用的催化剂基本相似. F Haber发明高压法合成氨过程，因此而获得1918年Nobel Prize。M. Bosch在BASF实验室发明的多组分熔铁催化剂推动了合成氨的工业化。 1917年，运用H-B过程，在BASF形成60吨合成氨生产能力， M. Bosch也获得了1931年Nobel Prize。2007年，Ertl 也因催化合成氨反应机理研究而再次获Nobel Prize. 目前，世界合成氨的产量已经达到 亿吨以上,我国合成氨的产量已经达到4000万吨/年。 1928年发现的多孔白土催化剂应用于重油裂化过程(cracking technology ) ，生产了高辛烷值燃料，使得二战期间盟军战斗机获得更好的燃料。 20世纪60年代，Mobile公司将沸石分子筛作为新催化材料应用于催化裂化后，催化裂化技术出现了重大突破，炼油工业产生新的飞跃。采用稀土促进的分子筛裂化催化剂后，炼油装置生产能力和汽、柴油产量大幅度提高。经过几年时间就取代了传统的硅铝催化剂，被誉为“炼油工业的技术革命”。 1967年，发展了双金属重整催化剂（Pt-Re, Pt-Ir)，提高了汽油品质。 催化作用改变反应途径和目标产物实例：煤化工：合成气选择性催化转化利用 氢能开发构想：H2O-H2/O2-H2O 零碳循环 光催化水解制氢热力学原理 一、金属（复合）氧化物光催化剂 Figure 2 Schematic diagram of the process for conversion of fructose to DMF 催化专业文献 Michael Bowker, The Basis and Applications of Heterogeneous Catalysis, Oxford Press, 1998 J.M.Thomas etc Principles and practice of heterogeneous catalysis, VCH, 1997 黄开辉， 万惠霖 《催化原理》，科学出版社，1995 黄仲涛主编，《工业催化》，化学工业出版社，2000 《催化学报》、《分子催化》、《工业催化》、《石油化工》，《化工学报》和《高校化学工程学报》等中文期刊 JACS; Angew. Chem. Int. Ed.; Chem Commun; JPC(B); JPC(C) Journal of Catalysis; Advanced Materials; ChemSusChem Advanced Synthesis Catalysis; Organic Letters App