研究生工业催化-第一章-催化剂与催化作用.pptVIP

* 工业催化剂的稳定性 工业催化剂的稳定性包括如下几方面： 1)化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。 2)热稳定性：能在反应条件下，不因受热而破坏其物理化学状态，能在一定温度范围内保持良好的稳定性。 3)机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重压、温度等引起的种种应力的程度。 * 催化剂活性随时间变化曲线 * 工业催化剂的寿命 * 工业催化剂的要求 1. 活性 2. 选择性 3.稳定性与使用寿命 4.外形 5.抗压碎强度 6.导热性与比热 7.再生性能 8.可重复性 * 催化剂的组成与功能 催化剂的组成 主催化剂-活性组分 助催化剂 载体 * 主催化剂 是催化剂的主要成分--活性组分，是起催化作用的根本性物质。 例如，合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3/C 中，无论有无K2O、Al2O3 ， Fe总是有催化作用的，只是活性较低，寿命较短。如果没有Fe，催化剂就一点也活性没有，Fe是合成氨催化剂的活性组分。 有的主催化剂由2种或2种以上的活性组分共同组成。如MoO3-Al2O3, WO3-ZrO2等。 * 助催化剂 助催化剂是加到催化剂中的少量物质（5~10%) ，是催化剂的辅助成分，本身没有催化活性或活性很小。 可以改变催化剂的化学组成、结构、价态、酸碱性、分散度等。 具有提高主催化剂的活性、选择性，稳定性和寿命。 助催化剂的种类：结构性助催化剂和电子型助催化剂 * 助催化剂改变催化剂的结构和分散度的例子 * 助催化剂改变催化剂活性的例子 * 结构性助催化剂 结构性助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。通过加入这种助催化剂，使活性组分的细小晶粒间隔开来，不易烧结；也可以与活性组分形成固熔体而达到热稳定，提高活性。 能起结构稳定作用的助催化剂，多为熔点较高、难还原的金属氧化物。 如氨合成用的Fe催化剂，通过加入少量的Al2O3。使其活性、和寿命大大延长。原因是Al2O3与活性Fe形成了固熔体，有效阻止了Fe的烧结。 * 电子型助催化剂 电子型助催化剂：作用是调整催化剂主要活性组分的电子结构、表面性质或晶形结构，从而提高催化剂的活性和选择性。研究表明，金属的催化活性与其表面电子的授受能力有关。具有空成键轨道的金属，对电子有强的吸引力，而吸附能力的强弱和催化活性紧密相连的。 如氨合成用的铁催化剂中，Fe有空的d轨道，可以接受电子，在Fe-Al2O3中加入K2O后， K2O把电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，提高其活性，所以K2O 是电子型的助催化剂。 电子型助催化剂能使催化反应活化能降低。 * 电子型助催化剂 其作用是改变主催化剂的电子状态，提高催化性能。 如氨合成中用的钌-活性炭-碱金属催化剂中的碱金属便是一种电子型助催化剂。实验证明，钌负载活性炭，对氨合成的活性很低，添加能给电子的碱金属后活性剧烈增加，而且给电子能力越强，活性越高。 * 载体 载体是催化剂活性组分的分散剂、支撑体，是负载活性组分的骨架。将活性组分、助催化剂负载于载体上所制得的催化剂，称为负载型催化剂。 载体有天然的和人工合成的，可划分为低比表面和高比表面两大类。 载体关系到催化剂的活性、选择性、热稳定性、机械强度，也关系到催化过程的传质特性。 * 载体的功能 1、提供有效的表面和合适的孔结构； 2、增强催化剂的机械强度； 3、改善催化剂的传导性； 4、减少活性组分的含量； 5、提供附加的活性中心； 6、与活性组分之间的溢流现象和强相互作用。 * 载体维持活性组分的高度分散 Pt 1~10 nm之间分散度迅速降低； 无载体的 0.5~5 nm Pt粒子 在400~500oC温度下，会迅速烧结， 400oC下，1小时 50 nm ，6个月变成200 nm 。 若在载体上，烧结和聚集就大大降低。 * 载体提供附加的活性中心-例子 像γ-Al2O3这类载体表面存在酸性活性中心，Pt/ γ-Al2O3 催化剂，载体的这种附加的酸性活性中心，可以使正构烷烃的异构化反应朝有利的方向进行。 * 理想的催化剂载体应具备下列条件 (I) 1、具有能适合反应过程的形状和大小； 2、有足够的机械强度，能经受反应过程中机械或热的冲击；有足够的抗拉强度，以抵抗催化剂使用过程中逐渐沉积在细孔里的副反应产物〔如积碳〕或污物而引起的破裂作用； 3、有足够的比表面，合适的孔结构和吸水率，以便在其表面能均匀地负载活性组分和助催化剂，满足催化反应的需要； 4、有足够的稳定性以抵抗活性组分、反应物及产物的化学侵蚀，并能经受催化剂的再生处理； * 理想的催化剂载体应具备下列条件 (II) 5、能耐热，并具有合适的导热系数； 6、不含可使催化剂中毒或副反应增加的物质 7、原料易得，制备方便，在制备载体以及制备成催化剂时不会造成环境污染； 8、能与活性组