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1、第20卷第4期低温与特气Vol120,No142002年8月LowTemperatureandSpecialtyGasesAug1,2002知 识 窗①现代反应工程中的瑰宝—催化剂1122周俊波,王奎升,宋在卿,龚峻松(11北京化工大学,北京100029;21中国船舶重工集团公司718所,河北邯郸 056027)摘要:论述了催化剂在现代反应工程中的重要作用。讨论了催化剂的三个基本特征及其应用;分析了均相催化、酶催化以及多相催化在工农业生产中的实际应用;并指出多相催化和酶催化是进行研究的方向,特别是模拟生物酶催化的研究发展将会给人类生活以及现代文明带来革命化的进步。关键词:催
2、化剂;活性;多相催化;酶催化中图分类号:TQ426文献标识码:C文章编号:100727804(2002)04200432031 概 述然的催化剂。上面已经说过,酿酒就是利用酶催化作用的原理。同样催化作用的利用也成为人们改造在石油、化工、医药、卫生、食品以及生命科自然的一种巨大力量。1835年Berzelius在归纳了学研究等领域,都在大量地使用一些奇妙的物质一些催化现象后首先提出了“催化作用”一词。19——催化剂,它被誉为现代反应工程中的瑰宝。那世纪下半叶以来,化学科学获得了很大发展。20世么到底什么是催化剂呢?根据IUPAC于1981年提纪初,煤化学工业的发展,就是由于发
3、明了合成氨出的定义,催化剂是一种物质,它能够加速反应速的铁催化剂得到推动。20世纪50年代石油、化工及率,而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化;这高分子工业的兴起,与发明了Ziegler2Natta聚合催种作用叫做催化作用;涉及催化剂的反应称为催化化剂体系分不开的。60～70年代,由于催化科学的反应。例如:我们知道氢和氧反应生成水。如果在发展带动了石油化学工业突飞猛进的发展。70年代室温条件下按化学反应比例,把氢气和氧气放进一以后,能源开发、环境保护,一直到当今生物化工、个玻璃瓶里密封起来,它的反应非常缓慢。可是,如医疗卫生等各个领域中催化作用以及催化剂的使用果我们把少
4、许铂粉加入瓶中,氢氧便迅速反应,几已经相当普遍。石油化学工业中80%以上的工艺过乎绝大部分立刻化成水,而铂粉的数量既没有减少,程采用催化过程,在石油炼制工业中所加工的80%性质也没有什么变化。在这里铂粉就是催化剂,它以上的分子接触过催化剂。另外,化学能源的开发对氢、氧化合反应起到了催化作用,而这种在催化和工业三废的处理以及食品、饮料、生物制药等生剂作用下的反应叫做催化反应。产过程中,都离不开催化剂,因此可以说“没有酶催化作用是人们通过科学活动和生产实践认识的催化作用,任何形式的生命现象都不会存在;没的一种化学现象。我国劳动人民早在几千年前就掌有工业催化就不会有现代技术的世界
5、。”这两句话足握了用酒曲酿酒的技术。这一技术的科学原理,就以说明各种形式的催化作用的重要性。是利用酵母菌等微生物所产生的酶对酿酒原料(粮食、果汁、糖浆等)中的淀粉和糖类进行催化作用,2 催化剂的特征而最后分解为酒精和二氧化碳。这种技术,直到今要想使用好催化剂就必须了解催化剂的功能及天仍在工业上使用。催化作用是自然界广泛存在的特征。通常评价一种催化剂的性能主要从其催化活一种自然现象。事实上。人体内就存在着多种催化性(activity)、选择性(selectivity)和稳定性剂,每时每刻都进行着复杂而奇妙的催化反应。正(stability)三方面进行考虑。是靠着这些复杂的催化
6、反应的不断进行,我们的生211 催化活性(activity)命才能维持下去。我们身体以及其它生物体内这些首先声明催化剂只能加速热力学上可以进行的天然的催化剂有一个专门的名字叫做酶,酶就是天①收稿日期:2002206204;©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.44 低温与特气 第20卷反应。从热力学观点来看,化学反应是反应物之间到一些环境条件(如反应物以及产物、压力、温与其所处环境条件下形成了一个热力学的不稳定体度)的影响
7、发生失活或失效现象。催化剂的这一特系,此体系有从不稳定趋向稳定的倾向。这样反应性称其为稳定性。催化剂失活原因多种多样,但是就会发生,并且其反应方向是向着自由能减少的方从其类型上可分为两种,一是长期使用,催化剂的向自发进行的。正是在这种情况下催化剂才能起作化学组成发生了变化,例如催化剂的活性组分的化用,加速反应速度。化学反应是反应物分子发生电学组成发生了变化,活性组分的流失及中毒;二是子云的重新排布,实现化学键的断裂和形成,而转催化剂的结构发生了变化,比如,活性组分在载体化为反应产物。在旧键断裂与新键形成的过程中,一
