催化作用导论 第一章 催化作用基础

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1、催化作用导论催化作用原理催化反应过程催化剂的制备、表征、使用和设计开发吸附、脱附表面催化反应（因催化剂种类不同而异）扩散过程其它∕沉淀法、凝胶法、熔融法、离子交换法等∣活性表征、催化剂结构（包括物理、化学性质）﹨工业应用﹨结合所学的知识和最新成果，进行研制开发第一章催化作用基础§1催化剂/催化过程及其催化科学的发展一、催化剂和催化过程的发展/历史1、工业催化剂的萌芽阶段2、工业催化剂的发展阶段3、工业催化剂的成熟阶段总之，催化已成为精细化学中的新门类。工业催化剂的萌芽阶段1746年，J．Roebuck在铅室法制造硫酸时，用NO2作气相催化剂，促

2、使SO2氧化成SO3，才实现了第一个现代工业催化过程。而NO2也成为工业用催化剂的首例。之后，1832年，philips发现可用铂作SO2氧化生成SO3的多相催化剂，并实现了工业化。到1879年，为了提高使用寿命，人们又改用V2O5-K2SO4/硅澡土催化剂，这一催化剂一直沿用至今。1857年，人们以CaCl2作催化剂，使HCl氧化成氯，这是工业催化的一个重要里程碑。另外，1781年，淀粉通过无机酸催化水解为糖Parmentter1817年，用铂丝使矿井气燃烧Davy1877年，用AlCl3使烃类缩合Friedel－Crafts工业催化剂的发展

3、阶段1905年，Haber发现金属锇、铀及碳化铀对氨合成具有较高催化活性，但不稳定（Os挥发失活，铀则易被含氧化合物中毒）1909年，C．Bosch选用Fe为催化剂1913年，A．mittasch进行改进，即传统的熔铁催化剂；后经刘化章教授80年代，研究成功亚铁系列的熔铁氨合成催化剂，使氨合成的温度和压力大幅下降，催化性能明显提高。目前刘化章教授开发的这一系列催化剂在全国合成氨厂广泛使用。近年来，人们又发现Ru对合成氨的催化作用，这一催化剂具有在低温、低压下活性好的特点，被誉为是继熔铁催化剂以来的第二代氨合成催化剂，现已成为国内外研究的热点。工

4、业催化剂的发展阶段1923年，Fischer与tropschF－T合成。1936年，Houdry公司利用改性的天然白土作为催化裂化剂，生产高辛烷值汽油。1953年，Ziegler－Natta烷基铝－TiCl4为催化剂，实现了高密度聚乙烯HDPE的工业化生产。60年代初，人们意识到对环境污染导致的严重性，开始研制环保催化剂。首先是排烟脱硫脱硝催化剂，以及内燃机排气及焚烧炉排气处理催化剂。1970年，开发出用于汽车尾气处理的贵金属催化剂（存在的问题：寿命短，造价高）。工业催化剂的成熟阶段目前，有90％以上的化工过程使用催化剂。各催化剂开发、生产公司

5、的竞争也日趋激烈。同时，超强固体酸、择形催化剂、纳米催化剂、炭纤维等催化新材料也大量涌现。这一阶段，催化剂工业应用和化工工艺日趋完善，同时，催化剂的基础研究和工业催化剂性能均有了很大的提高，并提出了催化剂设计的新概念，开始运用现代催化理论来预测合适的工业催化剂新配方。二、催化剂和催化过程在国民经济中的地位与作用1、对工业及经济的影响2、对科学技术的影响3、对人类日常生活的影响4、催化剂市场对科学技术的影响工业催化包括两方面的工作：催化科学前沿领域工作（包括新型催化剂的研制、开发，以及催化剂新现象、新理论的研究）。根据客户提出的要求，为客户设计具

6、有特定性能的工业催化剂产品，“订制”（包括催化剂的造型、正常操作要求、测试及催化剂的再生）。工业催化剂与各学科之间的关系图三、催化科学的研究1836年，Berzelius首次提出“催化作用”这一全新的概念，之后随着催化剂/催化过程的发展，催化科学也随之发展起来。本学科的主要论题是：a、催化作用：催化现象、作用机理b、催化剂及表征：组成-结构-性能规律、制定方法和原理、催化化学c、催化反应动力学：化学动力学d、催化反应工程学：包括可逆过程、化学工程的宏观动力学、反应器设计。其中，活性中心本质的认识是主要任务，而催化反应动力学的研究是关键。通常，一

7、个催化反应包括五个步骤：①反应物分子向催化剂表面扩散；（扩散过程）表面②反应物分子吸附在催化剂表面上；催化③表面反应；过程④产物分子从催化剂表面脱附；⑤产物分子随物流主体带走。（扩散过程）催化研究的层次结构图能谱学程序升温反应方法原位技术§2催化剂/催化过程的分类一、催化过程的分类1、按催化体系分：均相：反应物与催化剂处于同一相中。如液相催化反应体系，其中包括气体溶解于液相中的反应。非均相（多相）：最常见的体系是气固相催化体系，也有气－液－固三相催化体系。一般来说，催化剂多为固相，而催化反应即在催化剂表面上进行。如在前面提到的催化反应的五个步骤

8、。区别一个概念：均相催化反应体系：有催化剂存在。均相非催化反应体系：2、按催化反应分氧化还原反应：包括氧化、加氢和脱氢酸碱反应：包括异构化、环化、歧化