工业催化复习
工业催化复习要点
工业催化复习要点一、论述题1、试说明催化剂的稳定性与寿命的区别和联系。
①催化剂的稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况;寿命是指在工业生产的条件下,催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。
②区别:催化剂的稳定性指的是变化情况,而催化剂的寿命指的是时间的长短。
③联系:催化剂的稳定性直接影响了其寿命,稳定性好的催化剂的寿命长,稳定性不好的寿命短。
2、半导体ZnO在氧气吸附之后电导比未吸附前低,现用ZnO作为CO氧化催化剂,反应时催化剂的电导增加。
请问(1)若O2的吸附为控制步骤时,(2)若CO的吸附为控制步骤时,分别提出增加催化剂的活性的措施。
根据半导体能带理论,ZnO是N型半导体,(1)O2的吸附为控制步骤时,O2得电子过程,应添加施主杂质,如Al3+等。
(2)CO的吸附为失电子过程,应添加受主杂质如Li+。
3、说说催化剂为什么不能改变平衡的位置。
因为化学平衡是由热力学决定的,DG0=-RTlnkp,其中kp为反应的平衡常数,DG0是产物与反应物的标准自由焓之差,是状态函数,只决定于过程的始态和终态,而与过程无关,催化剂的存在不影响DG0值,它只能加速达到平衡所需要的时间,而不能移动平衡点。
二、简答题1、什么是d带空穴?它与金属催化剂的化学吸附和催化性能的关系,d带空穴是越多越好吗?d带空穴是指金属的d带中某些能级未被充满,可看做d带中的空穴。
关系:有d带空穴,就能与被吸附的气体分子形成化学吸附键,生成表面中间物种,具有催化性能。
D带空穴越多,对反应分子的化学吸附也越强。
催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转移,这就要求催化剂既具有接受电子的能力,又有给出电子的能力过渡金属的d空穴正是具有这种特性,然而对于一定的反应,要求催化剂具有一定的d空穴,而不是越多越好。
因为并不是d带空穴越多,其催化活性就越大。
过多可能造成吸附太强,不利于催化反应。
2、催化剂的四个基本特征是什么?①催化剂只加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行的反应;②只能改变化学反应的速度,而不能改变化学平衡的位置;③催化剂参与化学反应: 通过改变反应历程、降低活化能而改变反应速度;④催化剂对反应的类型、方向及产物的结构具有选择性。
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工业催化原理复习题.doc工业催化原理2012-2013-2一、名词解释1.积炭发动机长吋间工作吋机汕、灰尘、杂物等留下的汕泥。
汽缸内的汕泥一般称为“积炭”。
2.吸附等温线吸附等温曲线是指在一定温度H容质分子在两相界面上进行的吸附过程达到T衡时它们在两相中浓度之间的关系曲线。
3.比孔容4.固体超强酸100%硫酸的酸强度用Hammett酸强度函数表示吋,其酸强度为Ho =-11.9,我们把酸强度H。
<一11.9的固体酸称为固体超强酸。
5.构型扩散二、填空题1._____________________________________ 根据催化体系催化反应可分为和_________________________________________ 。
2.__________________________ 催化剂的密度有____ , _______________ 和o3._________________________________ 金属化学键的理论方法有_________ , _____________________________________ 和____________ o4.半导体的导电性介于道题和绝缘体之间,导体分为_____________ , _________ 和____________ o_5._____________________________________ 根据反映程度氧化反应可分为和t6.__________________________________________________ 催化剂的活性变化可分为诱导期或成熟期、_________________________________ 和_____________ 三个阶段。
7.P型半导体中含宥易于接受电子的杂质,这种杂质称为____________________ o8._____________________________________________ 助催化剂根据其所起作用不同分为_______________________________________ 和________________ 。
工业催化复习
-1 -第二章IUPAC 于1981年提出的定义:催化剂是一种物质,它能够加速反应的速率而不改 变该反应的标准Gibbs 自由焓变化。
这种作用称为催化作用。
涉及催化剂的反应为催化 反应特征:(1) 催化剂只能加速热力学上可以进行的反应 .(2) 只能加速到达反应平衡的时间,不能改变化学平衡位置•对于可逆反应,能催 化正方向的催化剂,就能催化逆反应方向(3) 催化剂对反应具有选择性(4 )催化剂活性有一定寿命催化反应产物具有选择性的主要原因仍然是由于催化剂可以显著降低主反应的活 化能,而副反应活化能的降低则不明显.催化剂组成:1. 活性组分:化学活性2. 载体:高表面积,孔结构,机械强度等3. 助催化剂:对活性组分/载体改性活性组分:催化剂的主要成分,可由一种物质组成,也可由多种物质组成活性组分的分类:金属;过渡金属氧化物、硫化物;非过渡金属氧化物第四章固体酸:天然粘土物质,天然沸石,金属氧化物及硫化物,氧化物混合物,金属盐 等;固体碱:碱金属及碱土金属分散于氧化硅、氧化铝,金属氧化物,金属盐等液体酸:H2SO4,H3PO4,HCI 水溶液,醋酸等液体碱:NaOH 水溶液,KOH 水溶液杂化轨道中d 原子轨道所占的百分数称为 d 特性百分数(d%),金属的d%越大,相 应的d 能带中的电子填充越多,d 空穴就越少。
广为应用的金属加氢催化剂来说, d%在 40-50% 为宜。
d 带空穴的存在,使之有从外界接受电子和吸附物种并与之成键的能力。
但也不是 d 带空穴越多,其催化活性就越大。
因为过多可能造成吸附太强,不利于催化反应。
金属在载体上微细的程度用分散度 D ( Dispersion )来表示,其定因为催化 反应都是在位于表面上的原子处进行,故分散度好的催化剂,一般其催化效果较好。
当 D = 1时,意味着金属原子全部暴露。
第五章环境友好加工要求:极高的转化率;接近100%的选择性;污染物的浓度必须降至10-6级或零排放。
工业催化考试复习
1.催化剂得作用催化剂能加快化学反应速度,但它本身不因化学得结果而消耗,它也不会改变反应得最终热力学平衡位置。
2.载体得作用有哪些?分散作用稳定化作用支撑作用传热与稀释作用助催化作用3、均相催化所有反应物与催化剂分子分散在一个相中,如均相酸碱催化、均相络合催化。
4、多相催化催化剂与反应物处于不同得相,催化剂与反应物有相界面将其隔开。
如气液、液液、液固、气固、气液固。
5、简述多相催化反应过程包括得五个过程。
反应物向催化剂表面扩散反应物向催化剂表面吸附被吸附得反应物在表面上迁移、化学重排与反应产物由催化剂表面上脱附产物离开催化剂周围得介质扩散6、烧结粉状或粒状物料经加热至一定温度范围而固结得过程7、选择性转化为目得得产物所消耗得某反应物量/某反应转化得总量8、在估量一个催化剂得工业价值时,哪三个因素最重要?考虑得顺序就是什么?她们分别就是活性、选择性与寿命。
考虑得顺序:9、简述化学吸附得单层与物理吸附得单层得不同之处化学吸附得单层吸附量,即为占领吸附剂得所有吸附部分所需得吸附质得量,而吸附质得吸附部位则就是由吸附剂得结构与吸附物得化学性质所决定得。
物理吸附得单层吸附量,则就是分子式以密集排列得形式,以完全得单层分子遮盖表面所需得吸附质得量10、如何确定半导体氧化物为n型或p型?N型氧化物得电导由导带中得电子数决定,而p型氧化物得电导则由价带中得正穴数决定。
基于这个原理,可以用下述方法确定非计量氧化物就是n型还就是p型。
将氧化物基于一定压力得氧气氛中,并测量氧化物得电导随氧气压得变化,如果电导随氧气压力增加而增加,则此氧化物为p型,相反则为n型。
11、在n型与p型半导体催化剂中加入施主杂质,其电导率与逸出功有何变化?N型半导体催化剂加入施主杂质后,它得导电率提高,逸出功降低。
因为n型半导体靠自由电子导电,加入施主杂质后,使得导带自由电子增加,所以导电率提高,Ef提高逸出功降低;而p 型半导体催化剂加入施主杂质后,它得导电率降低,逸出功也降低。
工业催化复习资料最终版
1.催化剂的定义是:催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度,却不改变化学反应热力学平衡位置,本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。
2.催化作用是指催化剂对化学反应所产生的效应。
3.催化剂的基本特征:1)催化剂只能加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行的反应。
2)催化剂只能加速反应趋于平衡,不能改变平衡的位置(平衡常数)。
3)催化剂对反应具有选择性;4)催化剂的寿命。
4.工业催化剂一般有哪些组分组成?各组分具有什么功能?①活性组分:提供改变反应历程的组分,多为金属、氧化物、酸碱②载体组分:提供高的比表面积、孔结构、活性组分的分散剂、粘合剂、或支撑体。
多数为硅和铝的氧化物③助催化剂组分:催化剂的辅助组分,本身没有活性或者活性很低,用于活性组分或载体改性。
5.载体的功能主要体现在哪几个方面?(分散作用、稳定作用、支撑作用,传热和稀释作用、助催化作用)①提供适宜的比表面和孔结构②维持催化的形状和机械强度③改善催化剂热传导性④提高催化剂中活性组分分散度⑤提供附加活性中心⑥活性组分和载体的溢流现象和强相互作用6.催化剂的反应性能是评价催化剂好坏的主要指标,它包括催化剂的活性、选择性和稳定。
7.多相催化反应过程中,从反应物到产物一般经历哪些步骤包括五个连续的步骤。
(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散;(2)反应物分子在催化剂表面上吸附;(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应;(4)反应产物自催化剂表面脱附;(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
8.当气体与固体表面接触时,固体表面上气体的浓度高于气相主体浓度的现象称为吸附现象。
9.几种等温吸附等温吸附平衡过程用数学模型方法来描述可得到等温方程,其中包括:Langmuir(朗格缪尔)等温方程,Freundlich(弗郎得力希)等温方程,T}MKI}IH(焦姆金)等温方程及BET(Brunauer, Emmett 及Teller)等温方程等。
工业催化复习题
⼯业催化复习题1什么是催化剂?催化剂作⽤的特征是什么?催化剂定义:凡能加速化学反应趋向平衡,⽽在反应前后其化学组成和数量不发⽣变化的物质。
特征①不能改变化学平衡②通过改变化学反应历程⽽改变反应速度③对加速化学反应具有选择性2⼯业催化剂的基本指标是什么?⼯业催化剂的性能要求有哪些?基本指标:活性、选择性、寿命、经济性。
性能要求:活性、选择性、⽣产能⼒、稳定性、寿命、机械强度、导热性能、形貌和粒度、再⽣性。
3什么是催化剂的稳定性?什么是催化剂的寿命?催化剂的稳定性是指催化剂在使⽤条件下具有稳定活性的时间。
催化剂的寿命是指从开始使⽤到活性下降到⽣产不能再⽤时所经历的时间。
4什么是催化剂失活?导致催化剂失活的主要原因有哪些?定义:在恒定反应条件下进⾏的催化反应的转化率随时间增长⽽下降的的现象叫催化剂失活。
原因:中毒、⽣焦、烧结、活性组分流失5如何计算催化剂的活性(转化率 X 、转换数TON 转换频率TOF ?( P 12)反应速率表⽰法、反应速率常数表⽰法、转化率表⽰法。
转化率X:反应物A 的总量/流经催化床层进料中反应物 A 的总量转换数TON 催化剂上每个活性位通过催化循环使总反应发⽣的次数转换频率TOF 每个活性位每秒时间内完成的催化循环的次数6固体催化剂的组成有⼏部分?说明合成氨催化剂各部分的作⽤?说明各部分的作⽤?组成:活性组分(主催化剂和共催化剂)、载体、助催化剂。
各部分作⽤:Fe为活性组分;AI2O3为载体;K20为助催化剂。
Pt 活性组分,Sn 助催化剂,AI2O3酸功能性载体。
7. 固体催化剂载体的作⽤是什么?常⽤的载体有哪⼏种?作⽤:分散作⽤、稳定化作⽤、⽀撑作⽤、传热和稀释作⽤、助催化作⽤。
常⽤载体:低⽐表⾯(刚⽟、碳化硅、浮⽯、硅藻⼟、⽯棉、耐⽕砖);⾼⽐表⾯(氧化铝、 SiO2/Al2O3、铁矶⼟、⽩⼟、氧化镁、硅胶、活性炭)。
8. 多相催化反应的步骤有哪些?(课本 P 14)外扩散-内扩散-化学吸附-表⾯反应-脱附-内扩散-外扩散I物理过程 9、什么是扩散控制、动⼒学控制?提⾼宏观反应速率措施?扩散控制:最慢步骤是物理过程--扩散动⼒学控制:最慢步骤是化学过程--吸附、脱附、表⾯反应措施:外扩散控制:提⾼⽓流速率。
工业催化 复习资料
第一章:催化剂催化剂: 一类能够改变化学反应的速度,不改变热力学平衡,并不被明显消耗的物质。
正催化剂:能加快反应速度的Cat.负催化剂:能减慢反应速度的Cat.催化作用:是一种化学作用,是靠用量极少而本身不被明显消耗的一种叫催化剂的外加物质来加速或减慢化学反应速度的现象。
催化剂的基本特性:(1)只加速热力学可行的反应;(2)催化剂不影响平衡常数;(3)k 正与k 逆相同倍数增加(4)改变反应历程;(5)降低了反应活化能。
Arrhenius 方程: 催化剂好差的评价(价值):重要性顺序:选择性>寿命>活性(1) 催化剂的活性(activity )(2) 催化剂的选择性(selectivity ) (3) 催化剂的寿命(lifetime ),可以分为三个部分,成熟期,稳定期和衰老期。
(4) 催化剂的价格(cost )(5) 催化剂的稳定性(stability ) 补偿效应:在用不同方法制备的催化剂上,研究一个给定的催化反应时,用Arrhenius 方程表示反应速率常数时,不同催化剂的指前因子A 和活化能E 是以彼此补偿的方式变化的,导致不同的催化剂在相同的温度和压力下的反应速率常数(或反应速率)为恒值。
工业催化剂着重考虑的问题:(1)活性(包括选择性)(2)稳定性(3)流体流动性(4)机械性质多组分催化剂的成分:(1)活性组分(active components )或称主催化剂(maincatalist );对催化剂的活性起着主要作用。
它是催化剂设计的第一步,没有它,催化反应几乎不发生。
其类别主要有三:即导体、半导体和绝缘体。
(2)载体 (support 或 carrier );① 最重要的功能是分散活性组分、作为活性组分的基底,使活性组分保持大的表面积。
② 降低对毒物的敏感性;③ 载体为Cat.提供一定的孔隙结构;④ 改进催化剂的机械强度,及抵抗条件的应力能力⑤ 有些载体具有双功能性。
(3)助催化剂(promoter ):本身没有活性或活性很小,但在加入催化剂后(一般小于催化剂总量的10%)能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性。
工业催化考试复习资料
工业催化1.什么是催化剂?催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度,却不改变化学反应热力学平衡位置,本身在化学反应中不被明显地消耗的化学物质。
2.什么是催化反应?涉及催化剂的反应3.催化作用有哪些基本特征1)催化剂只能加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行的反应2)只能加速反应趋于平衡,不能改变平衡的位置,只能加速热力学上可以进行的反应3)对加速反应具有选择性 4)催化剂的寿命4.催化剂为什么不会改变化学平衡的位置?化学平衡是由热力学决定的,∆G0=—RT1nKP ,其中KP为反应的平衡常数,∆G0是产物与反应物的标准自由焓之差,是状态函数,只决定于过程的始终态,而与过程无关,催化剂的存在不影响∆G0值,它只能加速达到平衡所需的时间,而不能移动平衡点。
5.催化剂为什么能加快反应速度?催化剂能降低反应的活化能6.按使用条件下的物态催化剂可分为几类,各是什么?酸碱催化剂,非纳米分子筛催化剂,金属催化剂,金属氧化物和硫化物催化剂,络合催化剂,7.催化剂的组成包括哪几部分?活性组分,助催化剂,载体8.吸附和催化有什么关系催化的前提是发生吸附,气—固相催化反应中,至少有一种反应物要吸附在催化剂的表面上。
吸附键的强度要适当,吸附的过强或过弱都不利于下一步化学反应的进行。
如果催化剂对反应物吸附过强,往往形成较稳定的表面络合物;吸附过弱,反应物分子活化不够,不利于反应。
9.物理吸附与化学吸附有什么区别。
物理吸附化学吸附吸附力范德华力化学键力吸附层单层或多层单层选择性无有热效应较小,近于液化热较大,近于化学反应热吸附速度较快,不受温度影响,不需活化能; 较慢,温度升高,速度加快,需要活化能a.物理吸附是表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。
具体地是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力。
物理吸附就好像蒸汽的液化只是液化发生在固体表面上罢了。
分子在发生物理吸附后分子没有发生显著变化。
b.化学吸附是在催化剂表面质点吸附分子间的化学作用力而引起的,如同化学反应一样,而两者之间发生电子转移并形成离子型,共价型,自由基型,络合型等新的化学键。
工业催化复习
工业催化课程总结:第二章:1.催化剂只能加速反应达到平衡,而不改变平衡常数,因此可逆反应的正逆反应速率常数之比k正/k逆保持不变。
2.根据催化作用以及催化剂定义和特征分析,有三种重要的催化指标:活性、选择性和稳定性。
3.助催化剂是催化剂的辅助成分,按作用机理可分为结构型和电子型两类。
4.助催化剂除促进活性组分的功能以外,也可以促进载体功能。
5.将活性组分用不同方法负载于载体上,可以使催化剂获得大的活性表面和适宜的孔结构。
6.催化剂的机械强度与载体的材质、物性及制法有关。
7.活性是指催化剂影响反应进程变化的程度。
对于固体催化剂,工业上常采用给定温度下完成原料的转化率来表达8催化剂的稳定性,是指它的活性和选择性随时间变化的情况。
9工业催化剂的寿命是指在工业生产条件下,催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许使用时间。
10.均相催化是指催化剂与反应介质不可区分,与介质中的其他组分形成均匀物相的催化反应体系。
11.均相催化目前研究发展的主攻方向之一是将均相催化剂固载化,方法是将活性组分金属原子锚定在有机高聚物和无机高聚物上。
考核要求:1、掌握催化作用的定义与特征;2、掌握催化剂的组成与载体的功能;3、掌握化工生产对工业催化剂的要求;4、理解均相催化剂的特征。
第三章:1.固体催化剂的表面键合能力强烈依赖于表面及其形貌特征,它们又关联到体相的物理和化学性质。
对于金属催化剂,则主要关注的是立方结构和六方密堆结构;对于非金属型催化剂,则需要关注更为复杂的结构。
2.催化所关注的金属多属bcc和Fcc晶体结构型,而催化剂载体材料一般采用绝缘体,如金属氧化物等。
4.多相催化反应过程中的化学过程与催化剂的表面结构、性质和反应条件有关,也称化学动力学过程。
5.外扩散速率的大小及其施加的影响,与流体的流速、催化剂颗粒粒径以及传递介质的密度、黏度有关。
实际上仅根据气流线速和粒径就可以做出判断。
6.由于催化反应经受着内、外扩散的限制,常使观测的反应速率较之催化剂本征的反应速率要低,故存在一个效率因子问题。
工业催化复习题
⼯业催化复习题⼀、基本概念:1、催化作⽤:催化剂是⼀种物质,它能够加速反应的速率⽽不改变该反应的标准Gibbs ⾃由焓变化。
这种作⽤称为催化作⽤。
2、⽐活性:与催化剂单位表⾯积相对应的活性称为⽐活性。
3、溢流现象:固体催化剂表⾯活性中⼼,经吸附产⽣⼀种离⼦或⾃由基的活性物种,它们迁移到其他的活性中⼼上的现象。
4、双功能催化剂:催化剂不进具有氧化还原功能外,还必须具备酸性催化的功能。
5、表⾯弛豫:位于表⾯的原⼦或分⼦,在⼀定的化学或物理环境下,寻找新的平衡位置,以致改变表⾯第⼀层和第⼆层原⼦之间的距离,这种现象为表⾯弛豫。
6、Br?nsted 酸和Lewis 酸:凡是能给出质⼦或者接受电⼦对的物质称为酸(B 酸或L 酸)7、固体超强酸:固体酸的强度超过100%硫酸的酸强度,称之为超强酸。
因为100%硫酸的酸强度⽤酸强度函数Ho 表⽰为–11.9,Ho <–11.9的固体酸就称为固体超强酸。
8、择形催化:沸⽯具有规正的孔道和孔笼结构,宽敞的通道和孔道⼝限制进出的分⼦,使得催化剂的形状和⼤⼩具有选择性。
9、晶⾯指标:规定⼀套整数hkl 来反映某特定晶⾯及其相应平⾯点阵组的取向,这⼀套整数称为晶⾯指标。
10、d 特性百分数(d%):杂化轨道中d 原⼦轨道所占的百分数称为d 特性百分数,⽤符号d%表⽰。
d ⽳是d 能带中未配对的电⼦数。
11、分散度:⾦属在载体上微细的程度⽤分散度D(dispersion)表⽰,或曝露百分数(P.E.)。
催化剂总⾦属原⼦表⾯⾦属原⼦g D /12、施主能级和受主能级:施主能级——提供电⼦的附加能级。
受主能级——空⽳产⽣的附加能级。
13、n 、p 型半导体: n 型半导体:靠与⾦属原⼦结合的电⼦导电的半导体。
p 型半导体:靠晶格中正离⼦空⽳传递⽽导电的半导体。
14、络合催化:催化剂在反应中对反应物起络合作⽤,使之在配位空间进⾏催化的过程。
15 、溶胶:当分散在介质中的分散相颗粒粒径为1~100nm 时,这种溶液称为胶体溶液。
(完整)工业催化考试复习题
1.绿色化学:利用一系列原理来降低和消除在化工产品的设计、生产及应用中有害物质的使用和产生.2.零排放:指无限的减少污染物和能源排放直至为零的活动。
3。
手性催化:手性就是物质的分子和镜像不重合性4.手性化合物:指分子量、分子结构相同,但左右排列相反的化合物,如实与其镜中的映体。
5.择形催化:沸石具有规则的孔道和孔笼结构,宽敞的通道和孔道靠可限制及区分进出的分子,使其具有形状及大小选择性,故称这种催化为择形催化.6.催化剂:在化学反应中能改变其他物质的反应速率而自身质量和化学性能不发生改变的物质,又称工业味精。
7.催化剂中毒:原料中的杂质,反应中形成的副产物等是催化剂的活性,选性明显降低或丧失的现象8。
溢流:固体表面吸附物(离子或自由基)迁移到次级活性中心的现象.9.载体:是活性组分的分散剂、黏合物或支撑体,是负载活性组分的骨架.可划分为低比表面积和高比表面积两类.10.助催化剂:加入到催化剂的少量物质,是催化剂的副主成分,其本身没有活性或者活性很小,但把它加入到催化剂中后,可以改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面构造、分散状态、机械强度等。
11。
环境友好:主要包括预防污染的少废或无废的工艺技术和产品技术,同时也包括治理污染的末端技术。
12.强相互作用:作用于强子之间的力。
(时空产率单位:mol/(l*h))13。
时空产率:单位体积或单位面积的设备在单位时间内得到目的产物的数量。
14.超强酸:固体酸的强度若超过100%硫酸的酸强度,称为超强酸。
15。
超强碱:强度较中性物质高出19个单位的碱性物质,称为超强碱.16.杂多酸:由杂原子和配位原子按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸,或为多氧族金属配合物。
17.分子筛:分子筛是结晶型的硅铝盐酸,具有均匀的孔隙结构。
18。
络合催化:指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用,并且使之在配位空间进行催化的过程。
19。
三效催化:把一氧化碳,碳氢化合物,氮氧化合物分别氧化还原为对人体无害的二氧化碳,氮气,水蒸气时进行催化的过程。
工业催化复习课
B)产物的选择催化
+CH3OH
C)过渡状态限制的择型催化
×
D)分子交通控制的择型催化
★典型工业催化剂制法实例
工业氨合成铁系催化剂的制备 (热熔融法)
–主催化剂:Fe; –助催化剂:Al2O3、K2O等。
Raney-Ni加氢催化剂(热熔融法-沥滤);
–主催化剂:Ni; –前躯体组成:Ni : Al = 50 :50
助催化剂是具有提高催化剂活性、选择性、改 善催化剂耐热性、抗毒性、机械强度、寿命等 性能的组分,它本身无活性,但加入少量可改 变明显主催化剂的性能。
助催化剂根据其作用原理不同可分为结构型、 电子型和晶格缺陷型助催化剂。
★工业生产中对催化剂的基本要求
(1)使用寿命长;(2)选择性高;(3)活 性高;(4)抗毒型好;(5)导热性好;(6) 机械强度好;(7)无毒无味;(8)压力降 小;(9)价廉易得等。通常催化剂很难满足 以上所有要求,在选择时要抓主要因素。
–优点
催化范围广(几乎所有有机反应); 反应条件温和(室温、常压); 反应活性极高(1012); 选择性极高(结构、立体化学); 可自动调节活性;
–缺点
离开母细胞后不稳定,易变性失活; 分离、精制过程昂贵; 难以维持高浓度,驯化困难。
★负载型催化剂的构成
固体催化剂
Supported catalyst
催化剂对反应具有选择性; 催化剂具有寿命。
★按反应体系的聚集态给催化反应分类
非均相催化反应:
在两种或两种以上相存在的反应体系(催化剂、
反应物、产物)中进行的催化反应。如:
气固
Fe催化合成氨
气液
磷酸催化烯烃聚合反应
工业催化复习
⑵ Brønsted 酸碱概念(B酸碱)
⑶ Lewis酸碱概念(L酸碱)
2. 酸位的来源
1)润载酸
这类材料酸性主要来源于被润载的液体酸,主
要表现为质子酸。
2)氧化铝 未经焙烧的Al2O3表面,含有大量两性羟基,几乎 无酸性,比硅胶酸性还低;焙烧后显示出强酸性,酸度 接近硅酸铝,主要是L酸,也有L碱部位存在。
1450cm-1、1490cm-1和1610cm-1处有一特征峰。
4. 酸强度的测定
酸强度是指给出质子的能力(B酸强度)或接受电子 对的能力(L酸强度)。通常用酸强度函数H0表示固体酸 强度,H0也称为Hammett函数。 H0愈小,酸强度越强。 H0值可为正或负,H0值愈大,酸愈弱;H0值愈小,酸愈
4.吸附
项目 推动力 化学吸附 化学键力 物理吸附 范德华力
吸附层
选择性
单层
有
单层或多层
无
可逆性
吸附温度 热效应 吸附速率 活化能
可逆或不可逆
取决于Ea 接近化学反应热 (40~800kJ/mol) 低温慢,高温快 多数较小,~50kJ/mol
可逆
低于吸附质的沸点 接近凝聚热 (8~20kJ/mol) 快,受扩散控制 0
(1)SiO2和Al2O3形成硅酸铝,Al3+部分取代硅氧四面体中Si4+→晶体中缺 少一个正电荷→Al- 中心→负电场。为保持整个晶体电中性,在Al周围吸 附一个H+,这个H+就是B酸中心,图4-23(a)。 (2)处于晶体结构边缘的Al3+ → L酸中心,图4-23(b)。 (3)硅酸铝吸附水易给出的弱连接的H+,该H+亦成为B酸中心,图4-23c。
工业催化复习资料..
2.1催化剂和催化作用催化剂是一种能够与反应物相互作用,加速反应速率而不改变化学反应的标准 Gibbs 自由焓变化,且反应终结时本身保持不变的化学物质 2.1.2催化作用的基本特征1催化剂只能催化热力学上可行的化学反应 2催化剂只能改变化学反应速率,而 不能改变化学平衡的位置3催化剂对反应具有选择性4催化剂具有寿命 催化剂并不能无限期地使用。
哪怕只是化学反应的短暂参与者,在长期受热和化学作用下,也会经受不可逆的 物理的或化学的变化,如:晶相变化、晶粒分散度的变化、易挥发组分的流失、 易熔物的熔融等等,这些过程导致催化剂活性下降,当反应进行时催化剂经受亿 万次这种作用的侵袭,最后导致催化剂失活。
3'催化剂的性能指标 活性' 选择性 稳定性2.2催化剂的组成与载体的功能 2.2.1催化剂的组成2.2.2载体的功能(1)提供有效的表面和适宜的孔结构,维持活性组分高度分散;(2)增强催化剂的机械强度,使催化剂具有一定的形状;⑶改善催化剂的热传导性 能,以满足反应过程的传热要求;⑷减少活性组分的用量,特别是贵金属的用量;⑸ 提供附加的活性中心;⑹活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用,影 响催化活性。
2.3对工业催化剂的要求具备的三方面基本要求:1)适宜的活性2)较高的选择性 3) 长寿命 工业催化剂的四个基本指标:选择性、稳定性、活性、成本活性:催化剂影响反应进程变化的程度。
选择性:所消耗的原料转化成目的产物的分率。
稳定性:催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。
寿命:在工业生产条件下,催化剂的活性能达到装置产能力和原料消耗定额的允 许使用时间。
2.4均相催化剂的特征催化剂与反应介质不可区分,与介质中的其他组分形成均匀物相的催化反应体 用于液相反应,溶于反应介质中,以独立自由的分子形态存在。
用于 MNR/IR 等分析手段。
应液态酸碱催化剂,可溶性过渡金属化合物催化剂和碘、一氧化氮等气态分子催化剂的催化属于这一类。
工业催化复习资料-问答题
1、什么就是催化剂?根据IUPAC于1981年提出得定义,催化剂)就是一种物质,它能够改变反应得速率而不改变该反应得标准Gibbs自由焓变化2、催化作用得四个基本特征就是什么?⑴催化剂只能加速热力学上可以进行得反应,而不能加速热力学上无法进行得反应; ⑵催化剂只能加速反应趋于平衡,而不能改变平衡得位置(平衡常数),且催化剂可同时加速正逆反应; ⑶催化剂对反应具有选择性,当反应有一个以上生成多种产物得方向时,催化剂仅加速其中得一种。
⑷催化剂由正常运转到更换所延续时间(寿命)。
3、什么就是助催化剂?分为哪几种?催化剂中加入得另一种或者多种物质,本身不具活性或活性很小得物质,但能改变催化剂得部分性质,如化学组成、离子价态、酸碱性、表面结构、晶粒大小等,从而使催化剂得活性、选择性、抗毒性或稳定性得以改善。
结构型与电子型两类4、请说明理想得催化剂载体应具备得条件。
⑴具有能适合反应过程得形状与大小; ⑵有足够得机械强度,能经受反应过程中机械或热得冲击;有足够得抗拉强度,以抵抗催化剂使用过程中逐渐沉积在细孔里得副反应产物(如积碳)或污物而引起得破裂作用; ⑶有足够得比表面,合适得孔结构与吸水率,以便在其表面能均匀地负载活性组分与助催化剂,满足催化反应得需要; ⑷有足够得稳定性以抵抗活性组分、反应物及产物得化学侵蚀,并能经受催化剂得再生处理; ⑸能耐热,并具有合适得导热系数; ⑹不含可使催化剂中毒或副反应增加得物质; ⑺原料易得,制备方便,在制备载体以及制备成催化剂时不会造成环境污染; ⑻能与活性组分发生有益得化学作用;⑼能阻止催化剂失活5多相催化反应得一般步骤?物理过程与化学过程分别就是哪几步?⑴反应物分子从气流中向催化剂表面与孔内扩散。
⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。
⑶吸附得反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应。
⑷反应产物自催化剂内表面脱附。
⑸反应产物在孔内扩散到反应气流中去⑴⑸扩散为物理过程;⑵⑶⑷为化学过程6物理吸附与化学吸附得特点?物理吸附就是借助分子间力,吸附力弱,吸附热小(8~20kJ/mol),接近于气体得液化热,且就是可逆得,无选择性,分子量越大越容易发生,吸附稳定性不高,吸附与解吸速率都很快,可单分子层或多分子层吸附,不需要活化能。
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10.(记住这几个衅化率)=喂1111"〃。
% s (选择1. 催化剂定义:催化剂是一种物质,它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs 自由嬉变化。
2. 催化剂特征:a.催化剂只能加速热力学上可以进行的反应,而不能加速热力学上无法进行 的反应。
b.催化剂只能加速反应趋于平衡,而不能改变平衡的位置(平衡常数)。
c.催化剂对 反应具有选择性。
d.催化剂具有一定寿命。
3. 催化剂组成:活性组分、载体、助催化剂。
4. 固体催化剂衡量标准:a.给定温度下完成原料的转化率(活性越高,原料转化率的百分数越 大)。
b.完成给定的转化率所需的温度(温度越低活性越高)。
c.完成给定的转化率所需的空速 (空速越高活性越高)。
d.给定条件下目的产物的时空收率。
5. 载体种类:可以是天然的也可以是人工合成的,可分为低比表面积与高比表面积。
6. 催化指标:活性、选择性、稳定性。
7. 工业催化剂稳定性:热稳定性、化学稳定性、机械稳定性。
8. 助催化剂种类:结构型、电子型。
9. (记住这句话)均相催化常用于液相反应。
转化成目的产物的指定反应物的量X100% 已转化的指定反应物的量v _转化成目的产物的指定反应物的量X100 % 丫(产率)一 指定反应物进料的址1. 多相催化反应步骤:(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散;(2)反应物分子在 催化剂表面上吸附;(3)吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行 化学反应;(4)反应产物自催化剂内表面脱附;(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的 介质扩散。
2. 扩散过程:内扩散、外扩散。
4. 吸附平衡定义:当吸附与脱附速度相等时,固体表面上吸附的气体量维持不变,这种状态 即为吸附平衡。
5. 吸附等温线定义:对于给定的物系,在温度恒定和达到平衡的条件下,吸附质与压力的关 系称为吸附等温式或称吸附平衡式,绘制的曲线称为吸附等温线。
6. 吸附等温方程:, 一K 8= KpLangmuir简单吸附式:】°】K^>0= J_ "C —1 pBet等温方程:火例一力)E财伽7.解离吸附特点:解离吸附分子在表而上的覆盖度与分压的平方根成正比。
工业催化复习纲要
催化:题型:选择题(30分)、填空(20分)、判断(10分)、简答(20)、简单推导(20分)1、 催化剂IUPAC 的定义:催化剂是一类增加反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质2、3、 催化反应种类:均相催化、非均相催化(多相催化)、酶催化4、 催化剂的种类均相、多相、酶催化剂5、 催化剂的化学组成:1固体催化剂:主催化剂,共催化剂,助催化剂,载体2配合物催化剂:主催化剂(中心原子),助催化剂(配体)或主催化剂和助催化剂均是配合物3酶催化剂:酶=酶蛋白+辅基(辅酶),相当于主催化剂和助催化剂,两者分别存在时,均无活性。
6、 催化剂的特点:1可改变反应路径:路径改变,相应的能垒发生改变 2可改变速率:速率可增大,也可降低,如果正反应速率增大(或减小),则逆反应的速率也增大(或减小) 3反应前后本身不发生质的改变 4总反应的θm r G ∆不变 5催化剂具有选择性 6催化剂具有一定的寿命 7催化剂具有一定的活化温度8催化剂具有专一性 9催化剂具有高效性(可能中毒)其中三个指标最重要:活性、选择性、稳定性(寿命)研究中,开发新工艺和催化剂时首先追求高活性,其次是高选择性,最后才是稳定性;对现行流程和催化剂改进时,首先追求选择性,其次是稳定性,最后才是活性。
7、 载体的功能:载体时催化活性组分的分散剂、粘合物或支撑体,是负载活性组分的骨架。
载体分为高比表面积和低比表面积两类。
载体不仅关系到催化剂的活性、选择性,还关系到他们的热稳定性和机械强度,关系到催化过程的传递特性。
8、 助催化剂分类:按作用机理不同分为:结构型和电子型。
结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。
电子型助催化剂的作用是改变主催化剂的电子结构,促进催化活性及选择性。
助催化剂除促进活性组分的功能外,也可以促进载体功能。
9、 载体的功能:1提供有效的表面和适宜的孔结构;2增强催化剂的机械强度,使催化剂具有一定的形状;3改善催化剂的传导性;4减少活性组分的含量;5载体提供附加的活性中心;6活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用可诱导出新的活性。
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12级化学工程与工艺专业工业催化课程复习重要知识点:1.助催化剂是催化剂的辅助成分,按作用机理可分为结构型、电子型两类。
2.工业催化剂的活性变化一般可分为三个阶段,即成熟期、稳定期、衰老期。
3.外扩散速率的大小及其施加的影响,与液体的流速、催化剂颗粒粒径以及传递介质的密度、黏度有关。
4.研究金属化学键的理论方法有三种,能带理论、价键理论、配位场理论。
5.金属氧化物主要催化烃类的选择性氧化。
其特点是:反应系放热的,有效的传热、传质十分重要,要考虑催化剂的飞温;有反应爆炸区存在,故在条件上有所谓燃料过剩型、空气过剩型两种。
6. 金属硫化物与金属氧化物有许多相似之处,它们大多数都是半导体类型的,具有氧化还原功能和酸碱功能。
作为催化剂可以是单组分形式或复合硫化物形式。
这类催化剂主要用于加氢精制过程。
7. 负载型可溶性络合物催化剂,系利用可溶性高分子为载体,可催化1-戊烯加氢反应。
在应用时可利用其与生成物分子量之差,采用沉淀法、蒸气压法、薄膜过滤法等进行分离。
8.络合催化剂固载化技术的三种主要方式为:包藏在载体内部、分散在载体(基质)的表面、锚定在载体(基质)的表面。
9.生物催化剂是指生物反应过程中起催化作用的游离或固定化细胞和游离或固定化酶的总称。
10.离子交换法制得的催化剂分散度好、活性高,尤其适用于制备低含量、高利用率的贵金属催化剂。
11.结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。
12.评价催化剂不能单用时空产率作为活性指标,要同时测定催化剂的总表面积、活性表面积、孔径与孔径分布等。
13.外扩散速率的大小及其施加的影响,实际上仅根据气流线速和粒径就可以作出判断。
14.几乎所有的金属催化剂都是过渡金属,这与金属的结构、表面化学键有关。
15.金属复合膜催化剂的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、电镀和化学镀等。
16. 常用的硫化剂为硫化氢和二硫化碳。
17. 双核络合物是指两个金属原子直接由金属-金属键连接或通过桥原子相连接的表面化合物。
18.汽车尾气净化采用的三效催化剂的构成主要由载体涂层和活性组分所组成。
19.不同物质抑制酶活性的机理可以分为失活作用、抑制作用、去激活作用。
20.对选择性氧化等连串型催化反应,降低内扩散的阻力是至关重要的,中间物的传递与扩散是导致选择性变化的重要因素。
21.目前在对固体超强碱催化剂的研究中,氧化物超强碱多侧重于增大表面积的方面,而分子筛超强碱多侧重于提高其碱度方面。
22.分子筛催化剂的择形催化共有下列反应物的择形催化、产物的择形催化、过渡状态限制的择形催化、分子交通控制的择形催化等不同形式。
23.MAO (甲基铝氧烷)是活化茂金属催化剂最有效的助催化剂,其结构为一种聚合度为n的低聚物,n一般为5~30 ,随合成条件变化。
24.工业上固体催化剂活性的表达方式有给定温度下完成原料的转化率、完成给定的转化率所需的温度、完成给定的转化率所需空速、给定条件下目的产物的时空收率。
25.工业催化剂选择的考虑顺序为选择性 > 寿命 > 活性 > 价格。
26.晶胞的代表性体现在以下两个方面:一是代表晶体的化学组成;二是代表晶体的对称性。
27.多相催化包括五个连续的步骤。
(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散;(2)反应物分子在催化剂表面上吸附;(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应;(4)反应产物自催化剂表面脱附;(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。
有属于传质过程,也有的属于化学动力学过程。
28.金属的d%愈大,成键轨道中占用原来的d轨道多,就有可能使d空穴减少。
29.天然气水蒸气重整是获得大量廉价氢的主要途径。
重整气要求氢含量高,对CO的限制非常严格。
因为燃料电池电极多是铂,很容易受CO毒化,失去催化活含量达90%以上,CO含量不超过2%。
性,一般要求H230.沉淀法制催化剂有哪些后处理工序31.反应物分子的电离势(I)和催化剂材料电子的逸出功(Φ)的相对大小,紧密关联着反应物分子在催化剂表面的吸附态与化学键合情况。
32.膜与催化剂一般有4种组合形式:A)膜与催化剂两者分开在不同的工段;B)催化剂装在膜反应器中;C)膜材料本身具有催化作用;D)膜是催化剂载体。
33.金属的特性会因为掺入其它金属形成合金而改变,它们对化学吸附的强度、催化活性和选择性等效应,都会改变。
34.复合氧化物催化剂给出氧的能力,是衡量它是否能进行选择性氧化的关键35.金属硫化物催化剂与氧化物催化剂类似,也有单组分和复合体系。
主要用于重油的加氢精制,加氢脱硫(HDS)、加氢脱氮(HDN)、加氢脱金属(HDM)等过程。
36.纳米催化剂的制备方法答:制备纳米催化剂的常用方法有(1)溶胶- 凝胶法;(2)沉淀法;(3)浸渍法;(4)微波合成法;(5)微乳液法;(6)离子交换法;(7)水解法;(8)等离子体法;(9)惰性气体蒸发法37.催化剂活性组分与载体之间的溢流现象及其意义34答:溢流现象:是指固体催化剂表面的活性中心经吸附产生出一种离子的或自由基的活性物中,它们迁移到其他活性中心上的现象。
意义:溢流现象的发现和研究,增强了对负载型多相催化剂和催化反应过程的了解。
38.d带空穴与催化剂活性80答:一种金属的d带空穴越多,表明其d能带中未被d电子占用的轨道或空轨越多,磁化率越大;但也不是d带空穴越多其催化活性就越大,因为过多可能造成吸附太强,不利于催化反应。
39.均相络合催化剂的固载方式111答:(1)络合物包藏在载体内;(2)络合物固载在载体表面40.生物催化反应的主要特征155答:(1)催化效率极高:传统化工催化剂用量0.1-1%,酶用量10-4-10-3 %(2)选择性极高(相对/绝对专一性):一种酶只能催化一种底物,(绝对专一性);一种酶能催化一类结构相似的底物,(相对专一性)(3)催化条件极温和,常温、常压、PH=5-8(通常在7)41.催化剂失活的原因及使活性再生的方法231答:失活原因:(1)中毒;(2)积炭;(3)烧结、挥发与剥落再生方法:(1)蒸汽处理;(2)空气处理;(3)通入氢气或不含毒物的还原性气体;(4)用酸或碱溶液处理42.酸性质与催化作用关系57答:(1)大多数酸催化反应是在B酸位上进行的;(2)有些反应需L酸位(3)有些反应需要强B酸作用下才能发生;(4)有些反应要求L酸位和B酸位在催化剂表面邻近处共存时才进行。
43.非晶态合金催化剂制备方法86答:(1)液体骤冷法;(2)化学还原法;(3)电化学制备法;(4)浸渍法44.纳米催化剂的特点答:(1)纳米催化剂具有独特的晶体结构及表面特性;(2)纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点,显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性;(3)纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。
45.催化剂作用的定义28答:催化剂是一种物质,它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化,这种作用称为催化作用46.载体的功能答:、(1)提供有效的表面和合适的孔结构; (2)增强催化剂的机械强度;(3)改善催化剂的热稳定性;(4)减少活性组分的含量;(5)提供附加的活性中心;(6)与活性组分之间的溢流现象和强相互作用。
47.工业催化剂的要求答:(1)活性高;(2)选择性好(3)在使用条件下稳定;(4)具有良好的热稳定性、机械稳定性和抗毒性能(5)价格低廉48.络合催化102答:是指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用,并且使之在配位空间进行催化的过程。
催化剂可以是溶解状态,也可以是固态;可以是普通化合物,也可以是络合物,包括均相络合催化和非均相络合催化。
49.为什么要进行催化剂的宏观物性测定?如何测定?253答:催化剂的宏观物性是指由组成各粒子工粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构成的表面积、孔体积、孔形状及孔大小分布的特点,以及与此有关的传递特性及机械强度等。
这些性质不仅对降低催化剂装运过程中的损耗,满足各类反应器操作中流体力学因素的要求十分重要,而且直接影响催化反应的动力学过程。
测定方法:(1)表面积的测定方法有:吸附法(物理吸附、化学吸附)(2)孔结构测定方法:气体吸附法、压汞法(3)机械强度的测定方法:单颗粒压碎试验法、堆积压碎法(4)磨损强度的测定方法:研磨法50.试举两例利用分子筛的离子交换特性制备催化剂的方法和说明答:利用分子筛的离子交换特性①制备高分散的负载型金属催化剂:将金属离子直接交换到分子筛上,再将交换上去的金属离子还原为金属。
这比用一般浸渍法所得的分散度要高得多。
②制备性能优良的双功能催化剂:如,将Ni2+,Pt2+,Pd2+等交换到分子筛上并还原成为金属。
这些金属将处于高度分散状态,可制备双功能催化剂。
51.催化剂设计要点答:催化剂设计:根据合理的程序和方法有效地利用未系统化的法则、知识和经验,在时间上和经济上最有效的开发和制备新催化剂1)要进行热力学分析,指明反应的可行性,最大平衡产率和所要求的最佳反应条件,催化剂的经济性和催化反应的经济性,环境保护等;2)分析催化剂设计参数的四要素:活性、选择性、稳定性/寿命、再生性;3)催化反应过程与催化剂化学性质有关;而传质传热则与物理性质有关,要兼而顾之52.简述三效催化剂的组成及其催化原理。
答:三效催化剂的组成:载体,涂层,活性组分动态污染源中三效催化剂对NOx的转化很困难。
但在静态污染源,对NOx的选择性还原SCR确实很成功!SCRNOx催化分解——选择性催化还原法(SCR法)效率达99%还原剂——NH3反应6NO+4NH3——5N2+6H2O6NO2+8NH3——7N2+12H2ONH3一般不与O2反应,但NOx完全还原后便可反应4NH3+5O2——4NO+6H2O4NH3+3O2——2N2+6H2O2NH3+2O2——N2O+3H2O53.催化过程满足的4R原则是什么?答:Reduction(减少)、reuse(再用)、recycling(再循环)、recovery(再回收)54.简述E因子和原子经济的定义。
答:生产每千克产物所形成的废弃物量来衡量化工过程的“绿色特征”。
此量表示为化工过程的E因子。
E因子=千克废弃物/千克产物原子经济性=被利用原子的质量/反应中全部反应物分子的质量(%)原子经济性是从原子水平上看化学反应,产率或收率是从传统宏观量上看反应。
从绿色化学观点看,反应的原子经济性为100%就具有本质的合成精度而无副产废弃物。
55.简述TiO2作为光催化剂的催化原理。
答:TiO2催化原理—吸收光子能量后,价带上电子跃迁到导带上,原价带形成正空穴。
跃迁电子和正空穴极不稳定,极易使周围物质氧化或还原。
(紫外光照射)每个TiO2 粒子都是小型化学电池,表面有许多阳、阴极将电子、空穴传递给吸附于表面的分子、离子进行氧化还原反应。