专题,绿色催化技术

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1、绿色催化技术绿色化学与清洁生产绿色催化技术1、概述2、酸、碱催化剂3、夹层催化剂4、相转移催化剂5、仿酶催化剂6、沸石分子筛催化剂1、概述催化剂的作用是选择地降低化学反应所需的活化能，有选择地加快化学反应的速度。催化剂有时甚至能改变化学反应的方向，而在整个反应过程中，催化剂的加入量很少（相对于反应物、产物而言），催化剂本身没有任何变化，经过处理后可以反复使用。有些在常温常压下难以完成的化学反应，在加入催化剂后就变的容易进行。例如石油化工、精细化工和生物化工等行业特殊的物质；降低反应活化能；改变化学反应速度；反应前后自身无变化。到目前为止，人类所掌握的化学反应，其中90%以上必须在催化剂的存

2、在下才能实现。催化技术已经成为现代化学工业最关键的核心技术之一。但是，传统的催化剂往往过于注重生产地实效性和经济性，而忽略环境效益和生态效应，从而对环境造成污染。如：传统意义催化剂浓H2SO4等具有良好的催化性能，但是使用后难以处理，或多或少地对环境造成污染。近年来，世界各国都在进行绿色化学研究，人们在工业生产中注意到环境保护和生态平衡，全球各行各业都在提产清洁生产，特别是化学化工行业的清洁生产更是为世人瞩目。为了顺应绿色化学的发展趋势，保证清洁生产，新型的绿色催化剂不断地被研制和应用。下面根据催化剂的组成和催化特性进行分类介绍。2、酸、碱催化剂化工最常用的催化剂是无机酸（硫酸、盐酸）和碱

3、（氢氧化钠、碳酸钠），一般用于水解、酯化、脱水、氧化还原反应等。酸碱催化剂虽然价格便宜、催化效率高、使用方便。但是对设备腐蚀严重，副反应多，环境污染严重，不符合清洁生产的要求。近年来，人们从绿色化学角度出发，研究开发出了新型的绿色酸碱催化剂。如：超强酸固体催化剂、超强碱固体催化剂、杂多酸催化剂等。1）、超强酸固体催化剂将100%的硫酸的酸度用Hammett函数（H0）来标度，则H0=-11.93，H0越小酸度越大。H0<-11.93的酸就是超强酸，如H2S2O7（焦硫酸H2SO4·SO3）等。超强酸固体催化剂是用超强酸处理固体载体而制得。载体有非金属氧化物、金属氧化物、离子交换树脂、杂多酸

4、等。固体酸的类型有固载化的液体酸（HF/Al2O3)、金属盐（AlPO4）、分子筛（x沸石、β沸石）、杂多酸（H3PW12O40）等。目前应用最多的是各类酯化反应。如：固体酸（SO42-/Fe2O3-ZrO2-SiO2）催化乙酸与丁醇的酯化反应，乙酸丁酯的收率为93.26%。2）、超强碱固体催化剂碱度的大小用碱强度函数H-来表示，H-越大、碱强度越大，一般H->26,被认为是超强碱。目前常用的超强碱有：碱金属氧化物、碱土金属氧化物、碱土金属氢氧化物、负载型碱金属及其氢氧化物等。如：主要应用于烯烃和含杂原子不饱和化合物的双键转移，共轭二烯烃的部分加氢与胺化反应等。3）、杂多酸催化剂杂多酸是以

5、杂原子P+5、P+3、Ge+4、B+3、Si+4、As+5为中心原子，以WO3、MoO3、、V2O5等为配体，形成的一类结构单元为四面体、八面体，少数二十面体物的化合物。杂多酸催化剂具有较高的催化活性，既有酸性又有氧化还原性，稳定性好，不腐蚀设备，是一种多功能新型催化剂，对环境没有污染。用于芳烃烷基化、酯化反应、脱水和水和、氧化还原反应等。目前，已经在工业生产上实际应用的有：丙烯水合制备异丙醇、丙烯醛氧化制备丙烯酸等。3、夹层催化剂以层状化合物为基材，在层与层之间插入金属、金属离子、有机金属络合物离子或无机物，形成的一种新型的夹层化合物，常用于选择性催化。基材有天然的和人工合成的：天然基材

6、：膨润土、高岭土、蒙脱土；人工基材：氟四硅酸。夹层催化剂活性中心在夹层内，金属离子引入，形成特殊电场。反应物的大小、形状以及所带电荷的情况必需和夹层催化剂相匹配，才能进入催化剂。因此，夹层催化剂也被称为选择性催化剂。夹层催化剂已经在石油化工中的到广泛应用，但在其他化工生产中还处于研究开发阶段。主要应用于：脱氢、脱水。酯化等、4、相转移催化剂在多相反应中、往往需要添加少量的特殊表面活性剂，是反应容易进行。这种能促进多相间化学反应的表面活性剂成为相转移催化剂。相转移催化剂具有表面活性剂的一切性质（亲水基团、疏水基团），而且能够与某一相中的反应物结合，并把反应物带到另一相中去进行反应，反应结束后

7、又回到原来相中。运行过程如下.常用的相转移催化剂种类：1）季铵盐：氯化四丁胺（TBAC），溴化四丁胺（TBAB）等；2）冠醚：18-冠-6，二苯并18-冠-6等；3）开链的聚乙二醇或聚乙二醇醚：聚乙二醇350（PEG350）等；相转移催化剂条件温和、缩短反应时间、副反应少，但是成本较高，有时发生乳化，加大分离难度。目前，常用于医药、化妆品、香料、染料以及特殊的精细化学品生产。5、仿酶催化剂酶是一种高效催化剂，其催化效率是