工业催化第二章 催化作用与催化剂.ppt

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1、第二章催化作用与催化剂7/30/20211工业催化第二章要使一个化学反应工业化，就要求反应有一定的速率。提高反应速率可以有多种手段：加热、催化、光、电、辐射等催化方法：既能提高反应速率，又能对反应方向进行控制，且催化剂原则上是不消耗的。7/30/20212工业催化第二章§2.1催化作用及其特征一、催化剂与催化作用的定义能够加速某化学反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变的物质，称为催化剂；催化剂的这种作用称为催化作用；有催化剂参加的反应称为催化反应。由于催化剂在反应前后性质保持不变，故反应终了时不改变反应体系的初终状态，不改变反应的平衡位置。7/30/2021

2、3工业催化第二章催化剂能够加速反应趋于热力学平衡点，是由于它为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。7/30/20214工业催化第二章无催化剂时，氮分子与氢分子经碰撞直接化合，500oC、常压时活化能为334.6kJ/mol。用熔铁作催化剂，反应活化能为70.0kJ/mol。7/30/20215工业催化第二章7/30/20216工业催化第二章催化反应途径为以下几步：H2→2Hads(a)N2→2Nads(控制)(b)Hads+Nads→(NH)ads(c)(NH)ads+Hads→(NH2)ads(d)(NH2)ads+Hads→(NH3)ads(e)(NH3)ads

3、→NH3(f)7/30/20217工业催化第二章1/2N2+3/2H2→NH3的催化反应途径-1050403020010-20334.6kJE均E催吸附表面反应脱附能量（5.88kJ/mol）反应反应物产物Na+3Ha(NH3)a速率比=3×1013（500oC，常压）由于E均与E催相差较大，故速率相差很大。但反应的初态和始态相同，所以平衡转化率相同。7/30/20218工业催化第二章二、催化作用的特征催化作用具有四个基本特征:（1）催化剂只能加速热力学上可以进行的反应；（2）催化剂只能加速反应的进行，而不能改变平衡的位置（Kf不变）；（3）催化剂对反应具有选择性；7/

4、30/20219工业催化第二章铁、钴、镍催化剂,1～20bar,≤200oC合成汽油钌催化剂,150oC,150bar固态石蜡镍催化剂,250oC,30barCH4铜催化剂,碱助剂,高温,高压CnH2n+1OH(n﹥2)铜催化剂,260oC,100barCH3OHCO+H27/30/202110工业催化第二章（4）催化剂有一定的寿命催化剂虽然不进入产物，反应后又恢复自身性质；但在使用过程中长期经受循环催化作用、受热等，会发生一些不可逆的物理和化学变化（如晶相和分散度变化、易挥发份流失、熔融等），从而使活性下降，最终失活。7/30/202111工业催化第二章评价催化剂三个

5、重要的指标：活性、选择性和稳定性。7/30/202112工业催化第二章§2.2催化剂的组成与功能一、催化剂的组成工业催化剂通常是由多种物质组成的，但一般有三类可区分的组分，即活性组分、载体、助催化剂。7/30/202113工业催化第二章催化剂组分与功能的关系7/30/202114工业催化第二章1.活性组分对某反应具有催化的化学活性，为主要成分。目前，其选择虽然有一些理论的指导，但仍然是经验性的。7/30/202115工业催化第二章活性组分的分类7/30/202116工业催化第二章2.载体是活性组分的分散剂、黏合物或支撑体，是负载活性组分的骨架。主要作用是提供孔结构和高表

6、面积，同时增大催化剂的强度。活性物和助剂负载于载体上所得的催化剂，称为负载型催化剂。载体的种类很多，有天然的也有人工的，可分为低比表面积和高比表面积两类。7/30/202117工业催化第二章常见载体的类型7/30/202118工业催化第二章载体的结构和性能不仅关系到催化剂的活性和选择性，还关系到催化剂的热稳定性、机械强度及传递特性等，选择载体时必需弄清其结构、性质和其它功能。7/30/202119工业催化第二章3.助催化剂是催化剂的辅助成分，量较少。助剂本身无活性或活性很小，加入之后可以改变催化剂的化学组成和结构，从而能提高催化剂的活性、选择性、稳定性或寿命。7/30/

7、202120工业催化第二章助剂按作用机理的不同可分为结构型和电子型两类。结构性助剂：通过对载体和活性组分的结构作用，主要是提高活性组分的分散性和稳定性；电子型助剂：通过改变催化剂的电子结构，促进催化剂的选择性。7/30/202121工业催化第二章例如，合成氨用的铁催化剂，通过加入少量的Al2O3使其活性提高，寿命大大延长。－－结构助剂加人K2O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7/30/202122工业催化第二章常见的助催化剂及其功能7/30/202123工业催化第二章7/30/202124工业催化第二章二