催化作用導(dǎo)論 第一章 催化作用基礎(chǔ)

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1、催化作用導(dǎo)論催化作用原理催化反應(yīng)過程催化劑的制備、表征、使用和設(shè)計(jì)開發(fā)吸附、脫附表面催化反應(yīng)（因催化劑種類不同而異）擴(kuò)散過程其它∕沉淀法、凝膠法、熔融法、離子交換法等∣活性表征、催化劑結(jié)構(gòu)（包括物理、化學(xué)性質(zhì)）﹨工業(yè)應(yīng)用﹨結(jié)合所學(xué)的知識(shí)和最新成果，進(jìn)行研制開發(fā)第一章催化作用基礎(chǔ)§1催化劑/催化過程及其催化科學(xué)的發(fā)展一、催化劑和催化過程的發(fā)展/歷史1、工業(yè)催化劑的萌芽階段2、工業(yè)催化劑的發(fā)展階段3、工業(yè)催化劑的成熟階段總之，催化已成為精細(xì)化學(xué)中的新門類。工業(yè)催化劑的萌芽階段1746年，J．Roebuck在鉛室法制造硫酸時(shí)，用NO2作氣相催化劑，促

2、使SO2氧化成SO3，才實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)現(xiàn)代工業(yè)催化過程。而NO2也成為工業(yè)用催化劑的首例。之后，1832年，philips發(fā)現(xiàn)可用鉑作SO2氧化生成SO3的多相催化劑，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。到1879年，為了提高使用壽命，人們又改用V2O5-K2SO4/硅澡土催化劑，這一催化劑一直沿用至今。1857年，人們以CaCl2作催化劑，使HCl氧化成氯，這是工業(yè)催化的一個(gè)重要里程碑。另外，1781年，淀粉通過無機(jī)酸催化水解為糖Parmentter1817年，用鉑絲使礦井氣燃燒Davy1877年，用AlCl3使烴類縮合Friedel－Crafts工業(yè)催化劑的發(fā)展

3、階段1905年，Haber發(fā)現(xiàn)金屬鋨、鈾及碳化鈾對(duì)氨合成具有較高催化活性，但不穩(wěn)定（Os揮發(fā)失活，鈾則易被含氧化合物中毒）1909年，C．Bosch選用Fe為催化劑1913年，A．mittasch進(jìn)行改進(jìn)，即傳統(tǒng)的熔鐵催化劑；后經(jīng)劉化章教授80年代，研究成功亞鐵系列的熔鐵氨合成催化劑，使氨合成的溫度和壓力大幅下降，催化性能明顯提高。目前劉化章教授開發(fā)的這一系列催化劑在全國(guó)合成氨廠廣泛使用。近年來，人們又發(fā)現(xiàn)Ru對(duì)合成氨的催化作用，這一催化劑具有在低溫、低壓下活性好的特點(diǎn)，被譽(yù)為是繼熔鐵催化劑以來的第二代氨合成催化劑，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。工

4、業(yè)催化劑的發(fā)展階段1923年，F(xiàn)ischer與tropschF－T合成。1936年，Houdry公司利用改性的天然白土作為催化裂化劑，生產(chǎn)高辛烷值汽油。1953年，Ziegler－Natta烷基鋁－TiCl4為催化劑，實(shí)現(xiàn)了高密度聚乙烯HDPE的工業(yè)化生產(chǎn)。60年代初，人們意識(shí)到對(duì)環(huán)境污染導(dǎo)致的嚴(yán)重性，開始研制環(huán)保催化劑。首先是排煙脫硫脫硝催化劑，以及內(nèi)燃機(jī)排氣及焚燒爐排氣處理催化劑。1970年，開發(fā)出用于汽車尾氣處理的貴金屬催化劑（存在的問題：壽命短，造價(jià)高）。工業(yè)催化劑的成熟階段目前，有90％以上的化工過程使用催化劑。各催化劑開發(fā)、生產(chǎn)公司

5、的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。同時(shí)，超強(qiáng)固體酸、擇形催化劑、納米催化劑、炭纖維等催化新材料也大量涌現(xiàn)。這一階段，催化劑工業(yè)應(yīng)用和化工工藝日趨完善，同時(shí)，催化劑的基礎(chǔ)研究和工業(yè)催化劑性能均有了很大的提高，并提出了催化劑設(shè)計(jì)的新概念，開始運(yùn)用現(xiàn)代催化理論來預(yù)測(cè)合適的工業(yè)催化劑新配方。二、催化劑和催化過程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用1、對(duì)工業(yè)及經(jīng)濟(jì)的影響2、對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響3、對(duì)人類日常生活的影響4、催化劑市場(chǎng)對(duì)科學(xué)技術(shù)的影響工業(yè)催化包括兩方面的工作：催化科學(xué)前沿領(lǐng)域工作（包括新型催化劑的研制、開發(fā)，以及催化劑新現(xiàn)象、新理論的研究）。根據(jù)客戶提出的要求，為客戶設(shè)計(jì)具

6、有特定性能的工業(yè)催化劑產(chǎn)品，“訂制”（包括催化劑的造型、正常操作要求、測(cè)試及催化劑的再生）。工業(yè)催化劑與各學(xué)科之間的關(guān)系圖三、催化科學(xué)的研究1836年，Berzelius首次提出“催化作用”這一全新的概念，之后隨著催化劑/催化過程的發(fā)展，催化科學(xué)也隨之發(fā)展起來。本學(xué)科的主要論題是：a、催化作用：催化現(xiàn)象、作用機(jī)理b、催化劑及表征：組成-結(jié)構(gòu)-性能規(guī)律、制定方法和原理、催化化學(xué)c、催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：化學(xué)動(dòng)力學(xué)d、催化反應(yīng)工程學(xué)：包括可逆過程、化學(xué)工程的宏觀動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)器設(shè)計(jì)。其中，活性中心本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是主要任務(wù)，而催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究是關(guān)鍵。通常，一

7、個(gè)催化反應(yīng)包括五個(gè)步驟：①反應(yīng)物分子向催化劑表面擴(kuò)散；（擴(kuò)散過程）表面②反應(yīng)物分子吸附在催化劑表面上；催化③表面反應(yīng)；過程④產(chǎn)物分子從催化劑表面脫附；⑤產(chǎn)物分子隨物流主體帶走。（擴(kuò)散過程）催化研究的層次結(jié)構(gòu)圖能譜學(xué)程序升溫反應(yīng)方法原位技術(shù)§2催化劑/催化過程的分類一、催化過程的分類1、按催化體系分：均相：反應(yīng)物與催化劑處于同一相中。如液相催化反應(yīng)體系，其中包括氣體溶解于液相中的反應(yīng)。非均相（多相）：最常見的體系是氣固相催化體系，也有氣－液－固三相催化體系。一般來說，催化劑多為固相，而催化反應(yīng)即在催化劑表面上進(jìn)行。如在前面提到的催化反應(yīng)的五個(gè)步驟

8、。區(qū)別一個(gè)概念：均相催化反應(yīng)體系：有催化劑存在。均相非催化反應(yīng)體系：2、按催化反應(yīng)分氧化還原反應(yīng)：包括氧化、加氫和脫氫酸堿反應(yīng)：包括異構(gòu)化、環(huán)化、歧化