《浅述绿色催化》PPT课件

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1、浅述“绿色催化”专业：化学工程姓名：翟继博学号：201231460主要内容1.原子经济性2.晶格氧催化剂的选择性3.几种常见的绿色催化剂4.其他绿色催化剂1.原子经济性原子经济，即原料中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是指原料分子中的原子百分之百地转化为产物，不产生副产物或废物，实现废物的零排放。原子经济反应：A+B→C(产物)+D(副产物)D=0或C>>D原子利用率：例如，用传统的氯醇法合成环氧乙烷，其原子利用率AU只有25%CH2=CH2+Cl2+H2O→ClCH2CH2OH+HClClCH2CH2OH+Ca(O

2、H)2→CH2CH2O+CaCl2+2H2O总反应：C2H4+Cl2+Ca(OH)2→C2H4O+CaCl2+H2O，AU=25％而用乙烯催化环氧化法仅需一步反应，原子利用率AU达到100%CH2=CH2+1/2O2→CH2CH2O，AU=100％因此，催化过程是实现原子经济性反应的重要途径，因此要适应绿色化学的需要，就要尽快改造引起环境污染的现有工艺，开发无污染物排放的新工艺，使新工艺既要环境友好又要是原子经济性的，提高资源的利用率。2.晶格氧催化剂的选择性为了控制烃类氧化反应深度，提高目的产物选择性，在20世纪40年代，Lewis等

3、就提出了烃类晶格氧选择氧化概念，即用可还原的金属氧化物的晶格氧作为烃类氧化的氧化剂。2.1氧化机理其反应机理为还原-氧化机理（Redox机理），它包括两个主要过程：(1)气相烃分子与高价金属氧化物催化剂表面上的晶格氧（吸附氧）作用，烃分子被氧化为目的产物，晶格氧参与反应后，催化剂的金属氧化物被还原为较低价态；(2)气相氧将低价金属氧化物氧化到初始高价态，补充晶格氧，完成Redox循环。以以下氧化反应为例：CnHm+O2→CnHm-2O+H2O可写成两个基本过程：CnHm+2OM→CnHm-2O+H2O+2M2M+O2→2OM式中，M为低

4、价态活性位，OM为有晶格氧的活性位2.2反应工艺目前有两种反应工艺可用于烃类晶格氧选择氧化。其中一种是用膜反应器，另一种是采用循环流化床提升管反应器，在此主要介绍后一种(如下图)。该工艺在无气相氧存在下用催化剂晶格氧作为供氧体，按Redox模式，使还原-氧化循环分别在反应器和再生器中完成。在提升管反应器中烃类分子与催化剂的晶格氧氧化反应生成氧化产物，失去晶格氧的催化剂被输送到再生器中用空气氧化到初始高价态，然后送入提升管反应器中与烃原料反应。如此，该工艺不仅可避免原料和产物与气相氧的直接接触，还可消除沸腾床中容易发生的返混现象，使目的产

5、物的收率和选择性得以显著提高。循环流化床提升管反应器2.3工业实例杜邦公司的晶格氧-丁烷选择氧化制顺酐工艺，该工艺用VPO催化剂的晶格氧代替气相氧作为氧源，采用循环流化床提升管反应器，使顺酐的选择性摩尔分数从45％～50％提高到70％～75％。鲁姆斯公司的晶格氧-间二甲苯氨氧化制间苯二甲腈工艺，该工艺采用钒酸盐晶格氧催化剂和循环流化床反应器，由于进料时通常还补充部分氧气，故该工艺实际上是一种同时采用晶格氧和共进料混合模式的氧化工艺。与传统工艺相比，间苯二甲腈的选择性和收率都有较大的提高。3.几种常见的绿色催化剂3.1沸石分子筛3.1.1

6、简述沸石分子筛是一种结晶铝硅酸盐，具有均匀的孔结构。其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子（如：K、Ca、Na、Mg等），m表示其价态数，z表示水合数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为0.3～1.0nm。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。3.1.2分类按硅铝比：分为低硅（A型）、中硅（X、Y型）、高硅（ZSM

7、-5型）和全硅型；其中A型有钾A(3A)、钠A(4A)、钙A(5A)；X型有钙X(10X)、钠X(13X)；Y型有钠Y、钙Y。按孔道大小：孔道尺寸小于2nm微孔分子筛孔道尺寸位于2~50nm介孔分子筛孔道尺寸大于50nm大孔分子筛按骨架元素组成：分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛X（或Y）型沸石的骨架结构图A型沸石的骨架结构图3A分子筛13X分子筛ZSM-5型沸石的骨架结构图5A分子筛3.1.3性能及应用沸石分子筛具有均匀的微孔结构，比表面积为200—900m2/g，孔容占分子筛晶体体积体积的50%左右，随硅铝比的提高，分

8、子筛的酸稳定性、热稳定性增强，高硅分子筛对烃类的裂解和转化催化反应表现出相当高的活性。基于其良好的吸附、离子交换和择形催化性能，分子筛在气体和液体的干燥、混合气体的选择分离、石油混烃的分离、石油烃的催化裂解