催化原理 （完整课件）

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1、第一章绪论第二章吸附作用与多相催化第三章固体酸催化剂及其应用第四章金属催化剂及其应用第五章金属氧（硫）化物催化剂及其应用第六章配位催化剂与催化过程第七章生物催化及其它催化技术第八章工业催化剂的制备第九章工业催化剂的设计第十章工业催化剂的表征3第一章绪论•化学反应实现工业化的条件：产率较大产率和最大产率速率较快动力学因素4反应速率与反应温度、活化能有关：Ea−k=keRT0提高反应速率的途径：1、提高反应温度T容易引发副反应2、降低反应活化能Ea5一、催化技术在现代化学工业中的重要作用•无机化工：合成氨、硝酸、硫酸•煤化工：合成汽油、合成橡胶•石油化工：生产汽油、煤油、柴油、润滑油化工原料（乙烯

2、、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯）石油化工产品•三大合成：合成树脂、橡胶、纤维61．工业催化发展概述•我国殷商时期，生物催化生产酒和醋•1746年出现第一个工业的催化过程（铅室法制硫酸）SO+HO+ONO2HSO⎯⎯⎯→22234•1811年从科学意义上认识催化作用，俄国科学家Kirchhof发现盐酸等促进淀粉转化为葡萄糖，但无机酸本身无变化•1836年瑞典化学家Berzelius将19世纪初许多科学家进行的研究概括为“催化作用”（catalysis），用此概念解释了淀粉在酸作用下转化为葡萄糖，过氧化氢在金属上的分解以及分散在酒精中的铂使乙醇转化为醋酸等现象7•1746年铅室法制硫酸，硫酸浓度

3、低（65~75%）、杂质多；SO+HO+O+NO→HSO+NO2222342•1875年接触法制硫酸，Pt网，浓度>98%，可制发烟硫酸；1913年，VO，产量↗成本↘25•1900年油脂加氢制人造奶油，骨架Ni，开近代有机化工催化之先河；合成气制甲烷，Ni•1910年合成氨，Fe，为化肥工业奠定基础；氨氧化制硝酸，Pt网；煤加氢成液态烃，Fe•20年代合成气制液态烃（F-T合成），Co、Fe；制甲醇（高压法），ZnO-Cr2O3•30年代催化裂化，酸化白土；乙烯氧化制环氧乙烷，Ag；高压聚乙烯，过氧化物；•40年代催化重整，Pt；环己烷氧化制环己醇（尼龙66的中间体），Co；合成橡胶，过氧化

4、物•50年代低压聚乙烯、聚丙烯，Ziegler-Natta催化剂，合成高分子材料工业的兴起•60年代催化裂化，分子筛；催化重整，Pt-Re；丙烯（氨）氧化制丙烯酸（腈），Bi-Mo氧化物•70年代尾气净化，三效催化剂；烯烃共聚，茂金属；合成气低压制甲醇，CuO-ZnO-Al2O3•80年代Mobil公司甲醇合成汽油，ZSM-5；MTBE甲基叔丁基醚，树脂•90年代手性催化合成L-dopa；水煤气制化工原料，均相Rh82．催化剂对现代化学工业的影响（1）拓宽原料路线（2）促进技术革新（3）开发新产品（4）有利于环境保护9（1）拓宽原料路线①摆脱对天然资源的依赖•早期制硝酸（军火原料）要用天然智利

5、硝石为原料•应用Fe、Pt催化剂后，以空气中的氮为原料制备硝酸：FeN+3H⎯⎯→2NH223PtRh−NH+2O⎯⎯⎯→+HNOHO3232②使用廉价原料（原料成本占60~70%）•有机化工原料（甲醇、乙醇等）的生产原料粮食→煤炭→石油→天然气•目前烷烃取代烯烃最能降低化工生产成本甲烷氧化偶联制乙醇、甲烷脱氢偶联制芳烃10（2）促进技术革新①简化工艺流程•30年代，乙烯环氧化（Ag）取代“氯乙醇”法制环氧乙烷CH=CH+Cl+HO→CHClCHOH→环氧乙烷+HCl222222②缓和工艺条件，节能降耗•50年代，低压聚乙烯（60~100℃、1~3MPa、Z-N催化剂）取代高压聚乙烯（200~

6、280℃、98~294MPa、O引发）2③提高产品收率，改善产品质量•裂化催化剂：酸化白土→硅铝小球→分子筛•催化裂化工艺：固定床→流化床→提升管汽油收率提高，辛烷值增加1112（3）开发新产品•Ziegler-Natta催化剂、茂金属催化剂、后过渡金属烯烃聚合催化剂，以石油（烯烃）为原料，生产各种塑料、树脂、各种新型聚合物材料•催化合成新药品：13（4）有利于环境保护①改变工艺、减少“三废”排放•乙烯环氧化工艺取代次氯酸加成法，生产环氧乙烷•丙烯氨氧化取代乙炔氢氰酸加成工艺，生产丙烯腈CH≡CH+HCN→CH=CHC≡N2②治理“三废”，消除污染•汽车尾气净化催化剂③生产清洁能源•光催化：C

7、O+HO→CHOH22314二、催化科学及其发展•1838年，实现工业规模的合成SO3•1913年，实现工业规模的氨合成•逐步产生某些基本的催化理论催化活性中心吸附反应中间物种的形成与转化151、催化理论的发展化学模型……物理模型……化学模型（1）物理化学模型（20～30年代）（2）催化的电子理论（40～50年代）（3）表面分子模型（60年代）16（1）物理化学模型（20～30年代）•以表面化学和