化工专业工业催化第一章 绪论p-2
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第1章 工业催化绪论
1901年 法物理化学家勒夏特根据他提出的化学平衡理论，认为高压有利于安的 合成。(但他组织的实验均告失败) 1904年 德哈伯(BASF) N2+H2 Fe 1000℃ 常压 NH3 NH3%:0.012%
哈伯测定的氨合成反应的平衡浓度
温度℃ 300℃ 500 ℃ 700 ℃ 900 ℃
NH3 %V
橡胶
1839年 英籍美国人古特异在一次戏剧性的实验中发明了硫化橡胶.(受改变碳 含量,由铁炼钢的启发) 1843年 英韩可克也得到了与古特异类似的结果并申请了英国专利.(他是将橡 胶与大量的硫磺长期共热,得到的硬质橡胶.他的朋友建议用希腊火神 Vulcan的名字命名这一反应,并很快得到承认.现在英文中硫化这一词 就是vulcanization.) 1844年 在美国获得硫化橡胶的专利.(当时他已一贫如洗) 1885年 在法国巴黎举行的工业展览会上,他的专利得到世界的承认.(而他的 路费是将妻子最后一件首饰卖掉之后才凑够的) 后来,他将它的专利向全世界推广,变成了巨富.现在古特异公司仍是 世界上最大的橡胶公司.
催化简史
1958年 加 杜邦公司建成了第一个年产1.6万吨的线性低密度聚乙烯实验装置. 1978年 美DOW和UCC公司开发成功线性低密度聚乙烯技术,并于1979-1982年 将其产量由0增加到45万吨/年. 高压法聚乙烯(低密聚乙烯)和低压法聚乙烯(高密聚乙烯)达到这个 产量分别用了14和13年,聚丙烯用了13年.
1912年 在离BASF北2英里的奥堡建立了世界上第一个日产30吨 的氨厂. 1912年 Wild提出变化法(铁铬催化剂)—代替Linder法脱除CO. 1913年 开始运转 1914年 满负荷(一战后,此技术公司。其他国家也开始建厂) 1917年 德仅用11个月便在芦纳(leuna)建成年产3.6万吨的生产 装置.该厂在第一次世界大战末产量扩到达到24万吨/年. 1923年 CO+H2 甲醇（氧化锌、氧化铬做催化剂） 1931年 英帝国化学工业公司(ICI)参考了德IG公司1913-1927年 的研究成果，开发成功了甲烷蒸汽转化cat，并用ZnO2脱 硫,开发成功甲烷蒸汽转化生产合成氨新工艺. 1956年 美德士古公司开发出以重油为原料的生产合成氨新工艺. 1959年 ICI公司开发出石脑油蒸汽转化催化剂,形成一条新路线.
哈伯测定的氨合成反应的平衡浓度
温度℃ 300℃ 500 ℃ 700 ℃ 900 ℃
NH3 %V
橡胶
1839年 英籍美国人古特异在一次戏剧性的实验中发明了硫化橡胶.(受改变碳 含量,由铁炼钢的启发) 1843年 英韩可克也得到了与古特异类似的结果并申请了英国专利.(他是将橡 胶与大量的硫磺长期共热,得到的硬质橡胶.他的朋友建议用希腊火神 Vulcan的名字命名这一反应,并很快得到承认.现在英文中硫化这一词 就是vulcanization.) 1844年 在美国获得硫化橡胶的专利.(当时他已一贫如洗) 1885年 在法国巴黎举行的工业展览会上,他的专利得到世界的承认.(而他的 路费是将妻子最后一件首饰卖掉之后才凑够的) 后来,他将它的专利向全世界推广,变成了巨富.现在古特异公司仍是 世界上最大的橡胶公司.
催化简史
1958年 加 杜邦公司建成了第一个年产1.6万吨的线性低密度聚乙烯实验装置. 1978年 美DOW和UCC公司开发成功线性低密度聚乙烯技术,并于1979-1982年 将其产量由0增加到45万吨/年. 高压法聚乙烯(低密聚乙烯)和低压法聚乙烯(高密聚乙烯)达到这个 产量分别用了14和13年,聚丙烯用了13年.
1912年 在离BASF北2英里的奥堡建立了世界上第一个日产30吨 的氨厂. 1912年 Wild提出变化法(铁铬催化剂)—代替Linder法脱除CO. 1913年 开始运转 1914年 满负荷(一战后,此技术公司。其他国家也开始建厂) 1917年 德仅用11个月便在芦纳(leuna)建成年产3.6万吨的生产 装置.该厂在第一次世界大战末产量扩到达到24万吨/年. 1923年 CO+H2 甲醇（氧化锌、氧化铬做催化剂） 1931年 英帝国化学工业公司(ICI)参考了德IG公司1913-1927年 的研究成果，开发成功了甲烷蒸汽转化cat，并用ZnO2脱 硫,开发成功甲烷蒸汽转化生产合成氨新工艺. 1956年 美德士古公司开发出以重油为原料的生产合成氨新工艺. 1959年 ICI公司开发出石脑油蒸汽转化催化剂,形成一条新路线.
第一章 工业催化绪论+
（2）替代硫酸二甲酯和卤代甲烷
硫酸二甲酯和卤代甲烷是传统甲基化反应中剧毒和 致癌的物质， 致癌的物质，以DMC替代是对传统化工过程绿色化改造 替代是对传统化工过程绿色化改造 的必然。 的引入可以大大降低对环境的危害， 的必然。DMC的引入可以大大降低对环境的危害，提高 的引入可以大大降低对环境的危害 反应的原子经济性。 反应的原子经济性。 应用范围有：苯酚的氧甲基化、苯胺的氮甲基化、 应用范围有：苯酚的氧甲基化、苯胺的氮甲基化、 苯乙腈的甲基化。 苯乙腈的甲基化。
工业催化 第一章 绪论
非均相催化剂广泛应用于化学、炼油和污染控制过程中， 非均相催化剂广泛应用于化学、炼油和污染控制过程中，目前 世界范围内催化剂的年销售额约为100亿美元，并以每年约3%的速 世界范围内催化剂的年销售额约为100亿美元，并以每年约3%的速 100亿美元 3% 率增长。这些数字十分惊人，但更惊人的还是由它产生的经济效益， 率增长。这些数字十分惊人，但更惊人的还是由它产生的经济效益， 因为每消耗1美元催化剂可以生产200 1000美元的产品。而且有许 因为每消耗1美元催化剂可以生产200~1000美元的产品。 200 1000美元的产品 多污染控制设备（如汽车尾气催化转化器等）也大量使用催化剂。 多污染控制设备（如汽车尾气催化转化器等）也大量使用催化剂。 因此， 因此，非均相催化剂在人类经济生活和环境保护方面扮演着非 常重要的角色。进入21世纪， 可持续发展” 21世纪 常重要的角色。进入21世纪，“可持续发展”的理念已经进入了各 行各业，要求化工生产也实现“环境友好”的清洁化工生产， 行各业，要求化工生产也实现“环境友好”的清洁化工生产，化工 生产的发展趋势是“绿色化工” 这更依赖于新型、 生产的发展趋势是“绿色化工”，这更依赖于新型、高效催化剂及 催化过程的研发。 催化过程的研发。
工业催化--第一章工业催化剂概述
– 新开发的产品中，采用催化的比例高于传统产品， 有机产品生产中的比例又高于无机产品。
• 据统计，20世纪70年代末，全球催化剂销售额 仅约10亿美元，而到1990年，已达60亿美元。
• 表1-1和表1-2是相关的统计数据。
• 目前，世界生产催化剂的主要大型企业约100 余家，主要分布在欧美国家。
工业催化
化工学院精细化工系 朱新宝 教授
◇ 主要教材：
工 业 催化
黄仲涛主编
化学工业出版社
主要参考教材
• 催化剂设计与制备工艺 许越主编 化学工业 出版社
• 催化剂生产原理 赵九生等编 科学出版社 • 工业催化基础 赵光等编著 哈尔滨工程大学
出版社 • 工业催化剂分析测试表征 刘希尧等编著
烃加工出版社 • 催化剂工程导论 王尚弟等著 化学工业出版社
• 有关催化剂的开发，目前已有程度不同的进展。
• 新型的合成燃料，包括甲醇等醇基燃料、甲基 叔丁基醚、二甲醚等醚基燃料以及合成汽油等 烃基燃料。
• 由异丁烯与甲醇经催化反应而制得的甲基叔丁 基醚(MTBE)是一种醚基燃料，兼作汽油的新 型抗爆添加剂，取代污染空气的四乙基铅。
• 由两分子甲醇催化脱水，或由合成气(CO＋H2) 一步催化合成，均可得二甲醚。
• 石油是当代工业的血液。石油工业的蓬勃兴起， 是第二次世界大战后世界经济繁荣的主要文柱 之一。1990年，世界原油产量为6031.7万桶／ 日。
• 早期的石油炼制工业，从原油中分离出较轻的 液态烃（汽油、煤油、柴油）和气态烃类作为 工业和交通的能源。
• 早期主要用蒸馏等物理方法，以非化学、非催 化过程为主。
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
催化剂的寿命 催化剂的失活 催化剂的再生 催化剂的安全使用
• 据统计，20世纪70年代末，全球催化剂销售额 仅约10亿美元，而到1990年，已达60亿美元。
• 表1-1和表1-2是相关的统计数据。
• 目前，世界生产催化剂的主要大型企业约100 余家，主要分布在欧美国家。
工业催化
化工学院精细化工系 朱新宝 教授
◇ 主要教材：
工 业 催化
黄仲涛主编
化学工业出版社
主要参考教材
• 催化剂设计与制备工艺 许越主编 化学工业 出版社
• 催化剂生产原理 赵九生等编 科学出版社 • 工业催化基础 赵光等编著 哈尔滨工程大学
出版社 • 工业催化剂分析测试表征 刘希尧等编著
烃加工出版社 • 催化剂工程导论 王尚弟等著 化学工业出版社
• 有关催化剂的开发，目前已有程度不同的进展。
• 新型的合成燃料，包括甲醇等醇基燃料、甲基 叔丁基醚、二甲醚等醚基燃料以及合成汽油等 烃基燃料。
• 由异丁烯与甲醇经催化反应而制得的甲基叔丁 基醚(MTBE)是一种醚基燃料，兼作汽油的新 型抗爆添加剂，取代污染空气的四乙基铅。
• 由两分子甲醇催化脱水，或由合成气(CO＋H2) 一步催化合成，均可得二甲醚。
• 石油是当代工业的血液。石油工业的蓬勃兴起， 是第二次世界大战后世界经济繁荣的主要文柱 之一。1990年，世界原油产量为6031.7万桶／ 日。
• 早期的石油炼制工业，从原油中分离出较轻的 液态烃（汽油、煤油、柴油）和气态烃类作为 工业和交通的能源。
• 早期主要用蒸馏等物理方法，以非化学、非催 化过程为主。
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节
催化剂的寿命 催化剂的失活 催化剂的再生 催化剂的安全使用
化工专业《工业催化》教学大纲
《工业催化》教学大纲课程编码：0412102602课程名称：工业催化学时/学分：24/1.5先修课程：《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、课程性质与任务1．课程性质：本课程是化学工程与工艺专业的专业选修课程。
2．课程任务：本课程的任务是使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特性，为培养化工专业工程师提供理论基础服务。
二、课程教学基本要求通过本课程的教学，要求学生对工业催化的基本概念和各种工业催化剂理论、技术、制备及测试方法的基本理论有较为系统、深入的理解，能基本掌握工业催化剂的基本理论和制备及测试技术，为后续课程的学习以及将来从事工程技术工作提供必要的理论基础。
成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）＋平时成绩（作业、课堂提问等）（30%)。
成绩评定采用百分制，60分为及格。
三、课程教学内容第一章绪论1.教学基本要求理解工业催化剂的发展简史及工业催化剂的发展及其对人类历史的影响和推动；了解催化发展新领域、工业催化参考文献。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生理解工业催化剂的发展简史及工业催化剂的发展及其对人类历史的影响和推动；掌握课程的性质和任务、课程的主要内容。
3.教学重点和难点教学重点是催化剂概述、催化发展新领域。
教学难点是催化发展新领域。
4.教学内容（1）课程的性质和任务（2）课程的主要内容（3）课程的教学安排（4）工业催化参考文献简介第二章催化作用与催化剂1.教学基本要求了解化工生产对工业催化剂的要求；理解均相催化剂的特征；掌握催化作用的定义与特征、催化剂的组成与载体的功能；掌握化工生产对工业催化剂的要求；应用催化剂的构成及主要作用知识解决化工厂对催化剂各方面的要求。
2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学，使学生掌握催化作用的定义与特征、催化剂的组成与载体的功能；掌握化工生产对工业催化剂的要求；应用催化剂的构成及主要作用知识解决化工厂对催化剂各方面的要求。
《工业催化基础》课件(第1章 绪论)2014-1.ppt
细精化工：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品 进行深加工，特别具有特定功能，特定用途且附加值高 的化工产品的化工过程。涉汲到氧化反应，还原反应， 碳链增减反应，重排反应，杂环合成反应，不对称合成 工艺等。广泛使用酸碱催化剂，超强酸碱催化剂，分子 筛择形催化剂，金属化合物和配合物催化剂，手性催化 剂，相转移催化剂等。
等规聚丙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
1962
分子筛催化裂化 汽油
1964
烃类加氢脱硫
脱硫净化
1970 1976
甲醇低压合成 NOx 加氢还原
CH3OH 环境保护
1978
甲醇羰基化
醋酸
1986
特种立构合成
化工资源有效利用国家重点实验室
3
第一节 催化剂的基本知识
合成NH3反应途径：
第一节 催化剂的基本知识
反应机理和反应过程的能量如下：
Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535
第一章：绪论
主要内容：
催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业 催化的常用术语。
掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领 域；掌握工业催化的常用术语。
化工资源有效利用国家重点实验室
1
第一节 催化剂的基本知识
催化剂Байду номын сангаас催化作用：
何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子 混 合 在 一 个 惰 性 的 容 器 中 ， 即 使 在 500℃ 下 ， 也 几 乎 检 测 不 到 NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允 许的可逆放热反应：
等规聚丙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
1962
分子筛催化裂化 汽油
1964
烃类加氢脱硫
脱硫净化
1970 1976
甲醇低压合成 NOx 加氢还原
CH3OH 环境保护
1978
甲醇羰基化
醋酸
1986
特种立构合成
化工资源有效利用国家重点实验室
3
第一节 催化剂的基本知识
合成NH3反应途径：
第一节 催化剂的基本知识
反应机理和反应过程的能量如下：
Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535
第一章：绪论
主要内容：
催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业 催化的常用术语。
掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领 域；掌握工业催化的常用术语。
化工资源有效利用国家重点实验室
1
第一节 催化剂的基本知识
催化剂Байду номын сангаас催化作用：
何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子 混 合 在 一 个 惰 性 的 容 器 中 ， 即 使 在 500℃ 下 ， 也 几 乎 检 测 不 到 NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允 许的可逆放热反应：
第一章工业催化1
教材
• 主要教材：《工业催化》，黄仲涛编，高等教育出版社。 • 参考教材： 《工业催化过程导论》，顾伯锷，吴震霄编，高等教育出版 社。
《工业催化剂设计与开发》，黄仲涛编，华南理工大学出版 社。
学习要求
• 理论课讲授24学时，学生自主学习18学时
• 自主学习要求：指定自学内容为环境保护催化技 术、未来能源催化技术、生物催化技术涉及的催 化剂制备、表征和应用等内容，通过小组讨论，成绩 （70%），过程考核2次成绩（30%）。过程考核 包括：论文（心得）1次、学生分组报告1次。
工业催化发展简史
基础化工工业催化工艺的开发 Haber及同事在 BASF公司支持下完成氨催化合成工作 从煤出发经费—托（F-T）合成制备液体燃料 石油化工的发展：炼油工艺的FCC 和催化重整 合成高分子材料工业兴起：Ziegler催化剂 Mobil公司的沸石择形催化 手性催化和制药 环境保护和环境友好催化技术、新能源开放催化技术、生物 催化技术、纳米催化技术等
工业催化
董强 qdong@
第一章 绪论
• 《工业催化》课程介绍 工业催化是一门实用性较强的科学，它与工业生产联系十分 密切。由于催化剂的重要经济性，一种成功的催化剂所带 来的巨大经济效益，从探索、开发新型催化利和研究传统 催化刘的过程中，不断归纳、提出新概念与新理论。它是 在许多基础学科的基础上发展起来的，如化学热力学、化 学动力学、化学反应工程、固体物理、表面化学、结构化 学、量子化学等。工业催化科学综合、吸收、应用了这些 学科的成果并与这些学科相互渗透。 《工业催化》课程，是化工工艺类专业教学指导委员会建议 设立的，主要内容包括三个部分：催化作用的基本原理； 各类催化剂及其催化作用；催化剂的制备、使用及其活性 评价与表征。要求掌握催化作用的基本规律，了解催化过 程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特性，为 培养化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础服务。
工业催化
系统的催化研究始于19世纪初： Davy (1815)进行了催化燃烧实验； Berzelius (1836) 通过一系列化学实验，创造了“catalysis”一 词，给催化一个初步的定义。
2. 奠基时期（20世纪初- 20世纪30年代）
1913年德国巴登苯胺纯碱公司用磁铁矿为原料，经热熔法 并加入助剂以生产铁系氨合成催化剂。 此后，利用Pt将氨与空气氧化制氮氧化物（NO/NO2），最 终制得硝酸，用以生产化肥和炸药，大大促进了工农业生 产的发展。
1964年XZ-15微球分子筛在流化床中使用，将石油炼制工业 提高到一个新的水平。 1949年美国环球油品公司开发长周期运转半再生式的固定床 作业的铂重整技术，生产含铂和氧化铝的催化剂。
1953年用(C2H5)3Al-TiCl4作催化剂实现了低压合成聚乙烯， 以此为基础，推进了合成橡胶，合成纤维与合成树脂的发展。 上世纪50年代中期，美国联合碳化物公司首先生产X-型和Y型分子筛，1962年生产石油裂化用的小球分子筛。 4. 催化科学和技术发展—环境保护 1975年 环保领域应用开始发展 1974年 UOP 发明汽车尾气催化剂 1974年 Roland, Molina 发现氯对臭氧层的催化破坏 1980年代 SCR 过程应用 1983年 TS-1 烯烃 H2O2 环氧化 1990年代组合化学应用于催化剂开发 1992年Mobil发明中孔分子筛 MCM-41 1995年飞机使用臭氧催化转化装置净化空气
1923年F.费歇尔实现了以煤为原料，以钴为催化剂，通过 CO+H2合成反应制得烃类，即F-T合成(1923年德国科学家 Frans Fischer和 Hans Tropsch发明)。
3. 大发展时期（20世纪30～ 现在）
1936年F-T合成首先在德国实现工业化 。 1936年，E.J.胡德利开发成功经过酸处理的膨润土催化剂， 用于固定床石油催化裂化过程，生产辛烷值为80的汽油，这 是现代石油炼制工业的重大成就。 为获得生产梯恩梯炸药的芳烃原料，1939年美国标准油公司 开发了临氢重整技术，并生产所需的氧化铂-氧化铝、氧化铬 -氧化铝催化剂。
工业催化第一章绪论
1967年，发展了双金属重整催化剂（Pt-Re, Pt-Ir)，提高了汽油品质
1957年Ziegler-Natta发明了用于烯烃聚合的 催化剂体系的研究，使聚烯烃的大规模生产成 为可能，推动了以塑料工业为标志的高分子材 料工业的崛起， Ziegler-Natta分享了1963年 生产各种高分子材料（工程塑料、橡 胶和功能高分子材料）
1.5.2 多相催化反应类型
1.6 催化科学的特点
1)发展迅速。 （2）多学科渗透 （3）实践性较强 （4）不断创新
高比表 面 载 体
多相催化(Heterogeneous or multiphasic ) catalysis
催化作用合成了氨气，解 决了全世界粮食问题
新能源技术中的催化作用
电化学和光电化学中的催化剂（燃料电池、光敏化 电池、太阳能电池等） 电动汽车 天然气催化氧化——未来能源科技的核心
基于太阳能的可再生能源系统规 模化应用途径
光伏发电 光热利用
光解制氢
氢燃料发动机 规模化应用 氢燃料电池
电催化：
燃料电池电极催化反应过程
氢的阳极氧化: 2H2-4e-→4H+ 氧的阴极还原: O2 + 4H+ + 4e- →2H20
2) 线性组合三原则 a) 对称性一致原则 对核间连线呈相同的对称性的轨道可组合， 除上述讲的 s-s, p-p 之外，还有:
b) 能量相近原则
H 1s -1312 kJ/mol Cl 3p -1251 kJ/mol O 2p -1314 kJ/mol Na 3s - 496 kJ/mol
c) 最大重叠原理
1) 分子轨道由原子轨道线性组合而成
分子轨道的数目与参与组合的原子轨道 数目相等。H2中的两个 H 有两个原子轨道， 可组合成两个分子轨道。
1957年Ziegler-Natta发明了用于烯烃聚合的 催化剂体系的研究，使聚烯烃的大规模生产成 为可能，推动了以塑料工业为标志的高分子材 料工业的崛起， Ziegler-Natta分享了1963年 生产各种高分子材料（工程塑料、橡 胶和功能高分子材料）
1.5.2 多相催化反应类型
1.6 催化科学的特点
1)发展迅速。 （2）多学科渗透 （3）实践性较强 （4）不断创新
高比表 面 载 体
多相催化(Heterogeneous or multiphasic ) catalysis
催化作用合成了氨气，解 决了全世界粮食问题
新能源技术中的催化作用
电化学和光电化学中的催化剂（燃料电池、光敏化 电池、太阳能电池等） 电动汽车 天然气催化氧化——未来能源科技的核心
基于太阳能的可再生能源系统规 模化应用途径
光伏发电 光热利用
光解制氢
氢燃料发动机 规模化应用 氢燃料电池
电催化：
燃料电池电极催化反应过程
氢的阳极氧化: 2H2-4e-→4H+ 氧的阴极还原: O2 + 4H+ + 4e- →2H20
2) 线性组合三原则 a) 对称性一致原则 对核间连线呈相同的对称性的轨道可组合， 除上述讲的 s-s, p-p 之外，还有:
b) 能量相近原则
H 1s -1312 kJ/mol Cl 3p -1251 kJ/mol O 2p -1314 kJ/mol Na 3s - 496 kJ/mol
c) 最大重叠原理
1) 分子轨道由原子轨道线性组合而成
分子轨道的数目与参与组合的原子轨道 数目相等。H2中的两个 H 有两个原子轨道， 可组合成两个分子轨道。
工业催化PPT教学课件
总成绩=期末考试成绩（50%）+平时成绩（20%）+论文（30%）
论文是一篇关于“催化在各自领域中的研究与应用现状”的综述性文章。
.
3
参考书目
（1）工业催化基础 —赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年 （2）应用催化基础 —吴越著 化学工业出版社 2008年 （3）Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition---Charles N. Satterfield, McGraw-Hill, Inc.(实用多相催化） （4）Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science publications
经过一段时间的沉寂，化学 工业从“重视产量”转向 “重视功能化”发展，将过去
大宗化学品生产过程中累积的技术与经验转 向应用和高性能的精细化工方向发展，很快 使化学工业出现了转机。
此阶段催化技术配合化学工 业出现了“择形催化”、 “手性催化”、环境友好的 “固体酸催化”等，以及用 于具有监控能力的“传感器 催化技术”、防治汽车污染 的“三效催化技术”等。
H2、 甲醇、. 二甲醚、 FT合成
硫制
聚烯烃 芳烃
1973年 金属有机 催化
12
化学工业的发展与催化剂的应用是密不可分的。
20世纪 30年代以前
20世纪 30~80年代
20世纪 80~90年代至今
属于当时尖端科技的 化学工业主要是天然 物质的直接利用
能量
代谢
.
8
自然界催化现象普遍存在（3）
植物的光合作用
工业催化-基础知识分析解析
2.催化剂表面有活性中心的存在，其结构、性质将决定 催化作用的进行
化学工程
五、工业催化的地位
表面科学
传热 反应器设计 过程经济分析
工程放大技术
吸附理论 表面分析开发 晶体结构模型
分析测试
催化剂表征 原料、产品分析
工催业化
载体 助催化剂
固无体机化材学料
金属分散 金属配位 络合催化 金属离子配位理论
金属有机化学 配位化学
二、催化剂与催化作用的重要性
1. 使用催化剂的工业部门 现代化学工业、石油炼制、石油化学工业、
食品工业、环境保护等
2. 没有现代催化科学的发展和催化剂的广泛使 用就没有现代化的化学工业。
催化过程构成了现代的化学工业，催化过 程在化工生产约占90%。
催化过程与人们吃、穿、住、用的物资生 产过程密切相关。
年份 cat类型
环保 石油炼制 化工 合计
1987年
248 207 403 858
1990年
650 216 432 1289
1993年
1085 230 463 1778
1987-1993 年增长率 27.9(%)
1.8 2.3 12.9
表1-2. 美国催化剂市场销售额（106美元）
年份 cat类型
本课程着重讨论在科研和生产中应用得最为广 泛的有关催化剂的制备、表征、反应及其作用机理， 研究催化剂结构与性质之间的关系，从微观的角度探 讨催化剂组成、比例及表面层原子、分子及离子的位 置、运动以及构型与催化剂性能的关系。
通过本课程的学习使同学们系统地掌握工业催 化的基本概念、基本原理、基本方法及技巧，为今后 的工作、科研及开发打下良好的基础。
化、纳米催化等）
四、催化科学发展的回顾
化学工程
五、工业催化的地位
表面科学
传热 反应器设计 过程经济分析
工程放大技术
吸附理论 表面分析开发 晶体结构模型
分析测试
催化剂表征 原料、产品分析
工催业化
载体 助催化剂
固无体机化材学料
金属分散 金属配位 络合催化 金属离子配位理论
金属有机化学 配位化学
二、催化剂与催化作用的重要性
1. 使用催化剂的工业部门 现代化学工业、石油炼制、石油化学工业、
食品工业、环境保护等
2. 没有现代催化科学的发展和催化剂的广泛使 用就没有现代化的化学工业。
催化过程构成了现代的化学工业，催化过 程在化工生产约占90%。
催化过程与人们吃、穿、住、用的物资生 产过程密切相关。
年份 cat类型
环保 石油炼制 化工 合计
1987年
248 207 403 858
1990年
650 216 432 1289
1993年
1085 230 463 1778
1987-1993 年增长率 27.9(%)
1.8 2.3 12.9
表1-2. 美国催化剂市场销售额（106美元）
年份 cat类型
本课程着重讨论在科研和生产中应用得最为广 泛的有关催化剂的制备、表征、反应及其作用机理， 研究催化剂结构与性质之间的关系，从微观的角度探 讨催化剂组成、比例及表面层原子、分子及离子的位 置、运动以及构型与催化剂性能的关系。
通过本课程的学习使同学们系统地掌握工业催 化的基本概念、基本原理、基本方法及技巧，为今后 的工作、科研及开发打下良好的基础。
化、纳米催化等）
四、催化科学发展的回顾
工业催化--第一章-催化剂与催化作用-(1).讲解学习
在催化反应动力学的研究中，活性多用 反应速率来表达。
反应速率表示方法
A→B反应，以V、S和W分别代表催化剂的体积、 表面积和重量，则以不同形式表示的反应速率r分 别是：
rv=（1／V）·(dNA／dt)=(1／V)·(dNB／dt) [mol·cm-3·h-1]
rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt) [mol·cm-2·h1]
XA=（反应后已转化的A摩尔数NA /进料 中A的摩尔数N0A）×100%
注意：在用转化率比较活性时，要求反 应温度、压力、原料气浓度和停留时间 都必须相同。
规定转化率所需的温度和空速表示法
用完成给定的转化率（如XA=80%）所需 要的温度来表示，温度越低活性越高。
压力、原料气浓度和停留时间等条件都必须 相同
这个表示方法很科学，但测定起来却不 容易。
活性中心（部位)---固体催化剂，其表面化 学性质和物理性质不同。
活性中心的测定：
金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
催化反应速率表示法
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准
微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退 ； 化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧
结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活 。
工业催化剂的要求
1. 活性 2. 选择性 3.稳定性与使用寿命 4.外形 5.抗压碎强度 6.导热性与比热 7.再生性能 8.可重复性
催化剂活性随时间变化曲线图
思考题
具有加氢功能的催化剂往往对脱氢 反应也有活性。试给予解释？
催化剂几个重要的性能指标
活性、选择性、稳定性 工业生产更多强调的是原料和能源的充
反应速率表示方法
A→B反应，以V、S和W分别代表催化剂的体积、 表面积和重量，则以不同形式表示的反应速率r分 别是：
rv=（1／V）·(dNA／dt)=(1／V)·(dNB／dt) [mol·cm-3·h-1]
rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt) [mol·cm-2·h1]
XA=（反应后已转化的A摩尔数NA /进料 中A的摩尔数N0A）×100%
注意：在用转化率比较活性时，要求反 应温度、压力、原料气浓度和停留时间 都必须相同。
规定转化率所需的温度和空速表示法
用完成给定的转化率（如XA=80%）所需 要的温度来表示，温度越低活性越高。
压力、原料气浓度和停留时间等条件都必须 相同
这个表示方法很科学，但测定起来却不 容易。
活性中心（部位)---固体催化剂，其表面化 学性质和物理性质不同。
活性中心的测定：
金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
催化反应速率表示法
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准
微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退 ； 化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧
结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活 。
工业催化剂的要求
1. 活性 2. 选择性 3.稳定性与使用寿命 4.外形 5.抗压碎强度 6.导热性与比热 7.再生性能 8.可重复性
催化剂活性随时间变化曲线图
思考题
具有加氢功能的催化剂往往对脱氢 反应也有活性。试给予解释？
催化剂几个重要的性能指标
活性、选择性、稳定性 工业生产更多强调的是原料和能源的充
工业催化第四版第一章内容总结(一)
工业催化第四版第一章内容总结(一)工业催化第四版第一章内容总结前言本文总结了《工业催化第四版》第一章的重要内容。
工业催化是化学工程中的重要领域，通过催化剂催化反应，提高反应速率和选择性。
本章介绍了工业催化的基本概念、催化剂的种类和特点，以及催化剂的制备和表征方法。
正文本章主要内容如下：1.工业催化基本概念–工业催化的定义和重要性–催化反应和非催化反应的比较–催化反应的动力学和热力学基础2.催化剂的种类和特点–催化剂的分类：固体催化剂、液体催化剂和气体催化剂–催化剂的特点：活性、选择性、稳定性和寿命3.催化剂的制备方法–物理方法：沉积、沉淀、浸渍、共沉淀等–化学方法：沉淀、浸渍、溶胶-凝胶法等–物理化学方法：共沉淀、浸渍、溶胶-凝胶法等4.催化剂的表征方法–表面性质表征：BET比表面积、微孔孔径分布等–结构性质表征：X射线衍射、透射电子显微镜等–表征技术的选择和应用结尾本文总结了《工业催化第四版》第一章的重要内容，包括工业催化的基本概念、催化剂的种类和特点，以及催化剂的制备和表征方法。
工业催化在化学工程领域中起着重要作用。
进一步了解和掌握工业催化的理论和实践对于工程师和研究人员具有重要意义。
前言本文总结了《工业催化第四版》第一章的重要内容，首先介绍了工业催化的基本概念，包括定义和重要性。
随后比较了催化反应和非催化反应的差异，并解释了催化反应的动力学和热力学基础。
正文1. 工业催化基本概念•工业催化的定义和重要性：工业催化是指利用催化剂加速化学反应的过程。
工业催化在石油化工、化学合成等领域具有广泛应用，能够提高反应速率、降低反应温度和减少能量消耗。
•催化反应和非催化反应的比较：催化反应通过降低反应的活化能，增加分子之间的碰撞频率来加速反应速率；而非催化反应需要较高的温度和压力才能进行。
•催化反应的动力学和热力学基础：催化反应速率由反应物浓度、催化剂活性和温度等因素决定，而反应方向由热力学平衡决定。
2. 催化剂的种类和特点•催化剂的分类：根据存在的物理状态，催化剂分为固体催化剂、液体催化剂和气体催化剂。
工业催化第四版第一章内容总结
工业催化第四版第一章内容总结摘要：一、工业催化的发展历程二、固体催化剂的结构基础三、吸附与催化作用四、催化剂的表征技术五、工业催化剂的制备与使用正文：工业催化是化学工业中一个极为重要的领域，其发展历程可以追溯到20 世纪初。
随着科技的不断进步，工业催化已经取得了显著的成果，不仅提高了化学反应的速率，还降低了生产成本，为人类的生产生活带来了极大的便利。
固体催化剂是工业催化中最为常见的类型，其结构基础对催化性能起着决定性的作用。
催化剂的结构包括活性中心、载体、孔道等组成部分，这些组成部分的性质和结构对催化反应的活性和选择性产生重要影响。
吸附与催化作用是工业催化过程中最关键的环节。
催化剂通过吸附作用使反应物分子富集在其表面上，进而通过催化作用降低反应活化能，促进反应的进行。
催化剂的催化作用与其活性中心有关，活性中心的性质和结构对催化反应的活性和选择性产生重要影响。
催化剂的表征技术是评价催化剂性能的重要手段。
常见的表征技术包括物理表征（如X 射线衍射、扫描电子显微镜等）和化学表征（如程序升温还原、化学吸附等），这些技术可以帮助我们了解催化剂的表面性质、活性中心结构和催化性能。
工业催化剂的制备与使用是工业催化过程中的关键环节。
催化剂的制备涉及到的方法包括浸渍法、沉淀法、共沉淀法等，这些方法在制备过程中需要严格控制实验条件，以保证催化剂的性能。
催化剂的使用涉及到催化剂的载体、活性组分、制备工艺等因素，这些因素对催化剂的催化性能和使用寿命产生重要影响。
总之，工业催化作为化学工业的重要组成部分，其发展历程、固体催化剂的结构基础、吸附与催化作用、催化剂的表征技术和工业催化剂的制备与使用等方面都是值得深入研究的课题。
工学化工专业工业催化第一章 绪论p2
面对接踵而来的掌声与唾骂，哈伯平静地说：“我是罪人，无权申辩什么， 制氮氧化物（NO/NO2），最 终制得硝酸，用以生产化肥和炸药，大大促进了工农业生 产的发展。
1914年8月—1918年11月：第一次世界大战
1923年F.费歇尔实现了以煤为原料，以钴为催化剂，通过 CO+H2合成反应制得烃类，即F-T合成(1923年德国科学家 Frans Fischer和 Hans Tropsch发明)。费歇尔-托普斯法
真正意义的催化剂和催化过程的开发已经有二百多年的历史 。
•１. 萌芽时期（20世纪以前）：
催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。 制硫酸 ➢1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝 石制硫酸的工厂； ➢1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石 产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术 从事工业规模生产的开端。
催化剂：一种能够改变化学反应速度，而它本身又 不形成最终产物的物质。 催化作用：是利用催化剂来加速或减缓（改变）化 学反应速度的一种化学作用。 催化科学：研究催化剂与催化过程的科学，涉及到 物理、化学、材料等多类学科，是一门综合科学。
提问：请举例说出你以前学过的催化剂及催化作用
催化科学的重要性
当代社会三大支柱产业---能源、材料与信息。前两 者与催化剂密切相关。
为发展燃料化工，50年代初期，石油三厂开始 生产页岩油加氢用的硫化钼-白土、硫化钨-活性 炭、硫化钨-白土及纯硫化钨、硫化钼催化剂。
石油六厂开始生产费托合成用的钴系催化剂， 1960年起生产叠合用的磷酸-硅藻土催化剂。
60年代初期，中国开发了丰富的石油资源，开 始发展石油炼制催化剂的工业生产。
石油裂化催化剂最先在兰州炼油厂生产，1964 年小球硅铝催化剂厂建成投产。
1914年8月—1918年11月：第一次世界大战
1923年F.费歇尔实现了以煤为原料，以钴为催化剂，通过 CO+H2合成反应制得烃类，即F-T合成(1923年德国科学家 Frans Fischer和 Hans Tropsch发明)。费歇尔-托普斯法
真正意义的催化剂和催化过程的开发已经有二百多年的历史 。
•１. 萌芽时期（20世纪以前）：
催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。 制硫酸 ➢1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝 石制硫酸的工厂； ➢1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石 产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术 从事工业规模生产的开端。
催化剂：一种能够改变化学反应速度，而它本身又 不形成最终产物的物质。 催化作用：是利用催化剂来加速或减缓（改变）化 学反应速度的一种化学作用。 催化科学：研究催化剂与催化过程的科学，涉及到 物理、化学、材料等多类学科，是一门综合科学。
提问：请举例说出你以前学过的催化剂及催化作用
催化科学的重要性
当代社会三大支柱产业---能源、材料与信息。前两 者与催化剂密切相关。
为发展燃料化工，50年代初期，石油三厂开始 生产页岩油加氢用的硫化钼-白土、硫化钨-活性 炭、硫化钨-白土及纯硫化钨、硫化钼催化剂。
石油六厂开始生产费托合成用的钴系催化剂， 1960年起生产叠合用的磷酸-硅藻土催化剂。
60年代初期，中国开发了丰富的石油资源，开 始发展石油炼制催化剂的工业生产。
石油裂化催化剂最先在兰州炼油厂生产，1964 年小球硅铝催化剂厂建成投产。
工业催化总复习 华工本科教材
不同相对压力下所对应的一组平衡吸附体积，然后作图，可
得一直线，如图所示。 直线在纵轴上的截距为
p / p0 V (1 p / p0 )
1
Vmc
直线的斜率为 c 1
Vmc
p/p0
可求得
Vm
1 截距
斜率
比表面积
Sg
NVmAm VW
NVmAm 22400W
m2
g
mo l
P0是测试温度下的饱和蒸气压；P平衡压力 Sg每克催化剂的总表面积；Vm催化剂表面铺满单分子层时所 需吸附质的体积；Am表观分子截面积；N阿伏伽德罗常数。
四、化学吸附的类型：
1、活化吸附与非活化吸附 2、均匀吸附与非均匀吸附 3、解离吸附与缔合吸附
化学吸附态
化学吸附态是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸 附时的化学状态、电子结构及几何构型。
几种常见物质吸附态
1、氢的化学吸附态 氢在金属表面上发生均裂，在金属氧化物表面会发生异裂 2、氧的化学吸附态 氧在金属或金属氧化物表面上都能生成多种吸附态 3、一氧化碳的化学吸附态 一氧化碳在金属表面上吸附态结构有线性、桥型等多种吸附 形式，在金属氧化物上的吸附是以σ键结合的。
工业催化
第一章 催化剂与催化作用
1.1 催化剂、催化作用的定义与特征 1.2 催化剂的组成与载体的功能 1.3 对工业催化剂的要求
1 催化剂、催化作用的定义，及催化作用的特征
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. 酸中心的浓度
酸中心的浓度又称酸量或酸度。固体酸催化剂的酸浓度是 指催化剂单位表面或单位质量所含的酸中心数目的多少。
《工业催化》第1章绪论34学时
…… ——无不与催化剂相关！
6
§1.2 工业催化学科的形成与发展
❖ 二十一世纪催化工业新领域：环保催化、生物催 化、手性催化、纳米催化、组合催化、微化学反应体 系中的催化、催化新材料、等等
7
萌芽时期（二十世纪以前）
➢ 几千年前（殷商时期）-- 发酵 法制酒与醋
➢ 1746年，J.Roebuck铅室法制硫 酸 ， 用 NO2 作 气 相 催 化 剂 ， 实 现了第一个现代工业催化过程
• 烯烃聚合 • Mobil工艺由甲醇制汽油 • 醋酸甲酯羰基化制醋酸酐 • 叔丁醇氧化制丙烯酸甲酯 • 煤液化 • 煤气化
…… • 醋酸甲酯羰基化制醋酸乙烯 • 合成气制乙二醇 • 环氧丙烷的生物催化合成 • 苯生物催化制苯酚 • 生物催化制新型塑料
……
催化剂
➢ 茂金属催化剂 ➢ 分子筛 ➢ 均相Rh ➢ Mo氧化物 ➢ Co与Mo硫化物 ➢ 金属盐 …… ➢ 均相Rh ➢ 均相Rh ➢ 固定化生物催化剂 ➢ 固定化生物催化剂
14
❖石油
15
❖煤
16
❖天然气
17
❖合成气
18
❖精细化工
➢ 产量小附加值高 ➢ 医药、农药、染料、
香料、涂料、各种助 剂、合成材料等
19
❖满足社会各方面需要
➢衣、食、住、行
20
❖ 据统计，现有90%以上的化工过程是 采用催化剂进行生产的。借助于催化剂 生产的产品总值在全世界工业生产总值 中约占18%，仅低于机械产品的总值
makes chemical industry improve rapidly.” ✓“>90%的化工产品，是借助催化剂生产出来的。没有
催化剂，就不可能建立现代的化学工业。”
6
§1.2 工业催化学科的形成与发展
❖ 二十一世纪催化工业新领域：环保催化、生物催 化、手性催化、纳米催化、组合催化、微化学反应体 系中的催化、催化新材料、等等
7
萌芽时期（二十世纪以前）
➢ 几千年前（殷商时期）-- 发酵 法制酒与醋
➢ 1746年，J.Roebuck铅室法制硫 酸 ， 用 NO2 作 气 相 催 化 剂 ， 实 现了第一个现代工业催化过程
• 烯烃聚合 • Mobil工艺由甲醇制汽油 • 醋酸甲酯羰基化制醋酸酐 • 叔丁醇氧化制丙烯酸甲酯 • 煤液化 • 煤气化
…… • 醋酸甲酯羰基化制醋酸乙烯 • 合成气制乙二醇 • 环氧丙烷的生物催化合成 • 苯生物催化制苯酚 • 生物催化制新型塑料
……
催化剂
➢ 茂金属催化剂 ➢ 分子筛 ➢ 均相Rh ➢ Mo氧化物 ➢ Co与Mo硫化物 ➢ 金属盐 …… ➢ 均相Rh ➢ 均相Rh ➢ 固定化生物催化剂 ➢ 固定化生物催化剂
14
❖石油
15
❖煤
16
❖天然气
17
❖合成气
18
❖精细化工
➢ 产量小附加值高 ➢ 医药、农药、染料、
香料、涂料、各种助 剂、合成材料等
19
❖满足社会各方面需要
➢衣、食、住、行
20
❖ 据统计，现有90%以上的化工过程是 采用催化剂进行生产的。借助于催化剂 生产的产品总值在全世界工业生产总值 中约占18%，仅低于机械产品的总值
makes chemical industry improve rapidly.” ✓“>90%的化工产品，是借助催化剂生产出来的。没有
催化剂，就不可能建立现代的化学工业。”
催化原理(适用于化工工艺专业)
催化原理（适用于化工工艺专业）(Catalysis: Theory & Application)目的和要求催化原理是催化理论和催化实践并重的学科。
它的教学目的是使学生掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，为化工工艺专业专门人才的培养提供坚实的理论基础。
要求学生在掌握催化化学基本概念和理论的基础上，注重与催化剂的工业应用紧密结合。
基本内容及学时分配绪论（1学时）第一章催化作用与催化剂（共8学时）第一节催化作用的定义与特征（2学时）第二节催化剂的组成的功能（2学时）第三节对工业催化剂的要求（2学时）第四节均相催化与均相催化剂简介（2学时）第二章吸附作用与多相催化（共8学时）第一节多相催化的反应步骤（1学时）第二节吸附等温线（2学时）第三节金属表面上的化学吸附（2.5学时）第四节氧化物表面上的化学吸附（2.5学时）第三章各类催化剂及其催化作用（共10学时）第一节酸碱催化剂及其催化作用（2学时）第二节分子筛催化剂及其催化作用（2学时）第三节金属催化剂及其催化作用（2学时）第四节金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用（2学时）第五节络合催化剂及其催化作用（2学时）第一章至第三章复习（3学时）第四章工业催化剂的制备与使用（共4学时）第一节工业催化剂的制备（2学时）第二节工业催化剂的使用（2学时）第五章工业催化剂的活性评价与宏观物性的表征（共5学时）第一节催化剂的活性测试的基本概念（1学时）第二节催化剂的活性测试（2学时）第三节催化剂的宏观物性及其测定（2学时）第四、五章复习（2学时）总课时44学时包括35学时授课，5学时复习，4学时参观或实践教材黄仲涛主编，化学工业出版社，1994。
北京主要参考书[1] 李玉敏工业催化原理，天津大学出版社1992 天津[2] 高正中实用催化，化学工业出版社1996 北京[3]吴越催化化学（上、下册），科学出版社1998 北京。
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1913年德国巴登苯胺纯碱公司（BASF）用磁铁矿 为原料，经热熔法并加入助剂以生产铁系氨合成催 化剂。哈伯法合成氨——推动化学工业 哈伯被称之为"一半是天使,一半是魔鬼"的化学家
2013-8-9
工业催化 第一章
20
•
划时代的化学天才
弗里茨· 哈伯1868年12月9日出生于德国一富商家庭。他在读书期间就
一些工业催化剂
催化技术----现代化学工业的基石
“Catalysis is the heart of modern chemical industry” “Catalysis is the front research area of chemistry” “A new technology created need a new catalyst, which makes chemical industry improve rapidly”
显现出巨大的化学天赋，23岁那年，德国皇家科学院破格授予他化学博士
学位。
一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代 免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。
哈伯从1904年开始进行合成氨的试验。此前已有无数科学家从18世纪
中叶就开始这一努力，历经一个半世纪，仍研究未果，用锇作催化剂，以
乙炔选择加氢
甲烷化 F-T合成
Pt/Al2O3
Ni/Al2O3 Fe，Co，Ni
催化剂市场
2000年催化剂市场需求结构
催化剂产值每年几百亿美 元； 主要用于炼油、化工和环 保三大领域。其中炼油 22.4%、化工40.2%、环 保37.4%。
37.4%
22.4% 40.2%
炼油 环保
化工 扇面 4
一些工业催化剂
1990年代组合化学应用于催化剂开发
1992年 美孚公司 （Mobil）发明中孔分子筛 MCM41
1995年飞机使用臭氧催化转化装置净化空气
2013-8-9 工业催化 第一章 28
1990年代大宗化学品、能源领域萎缩
事件：ICI（英国卜内门化学工业有限公司）, DuPont （杜邦公司）转型 Exxon-Mobil (埃克森-美孚), BP-Amoco（阿莫科）, Chevron（雪佛龙）-Texaco（德士古）, Total（道达尔） -Elf（法国埃尔夫公司）等合并
•
丧心病狂的毒气弹魔鬼
就在哈伯建成氨工厂这一年，一战爆发。哈伯是一个狂热的民族主义者。
他完全效忠于德皇，将其所有的才华投入到毒气弹的研制和使用中。
1914年9月，哈伯向德军参谋本部提出了一条灭绝人性的建议：用他研制
的化学武器打开缺口。德军在哈伯的指导下很快建立了世界第一支毒气部队。 1915年4月，哈伯亲临前线指挥毒气弹的施放。大量的钢瓶氯气飘向联军
2013-8-9
工业催化 第一章
26
1953年用(C2H5)3Al-TiCl4作催化剂实现了低压合成 聚乙烯，以此为基础，推进了合成橡胶，合成纤维与 合成树脂的发展。 Ziegler-Natta 催化剂 上世纪50年代中期，美国联合碳化物公司(UCC)首 先生产X-型和Y-型分子筛，1962年生产石油裂化用 的小球分子筛。
真正意义的催化剂和催化过程的开发已经有二百多年的历史 。
2013-8-9
工业催化 第一章
16
•１. 萌芽时期（20世纪以前）：
催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。 制硫酸 1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝 石制硫酸的工厂； 1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石 产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术 从事工业规模生产的开端。
80年代中国开始生产天然气及轻油蒸汽转化的负 载型镍催化剂。至1984年已有40多个单位生产硫酸、 硝酸、合成氨工业用的催化剂。
2013-8-9 工业催化 第一章 30
学
教
时：40
材： 《工业催化》，（黄仲涛 ，化学工业出版社）
参考书： 《催化剂和催化作用》,（王桂茹，大连理工大学） 《催化剂工程》,（储伟，四川大学出版社） 《催化作用基础》, （甄开吉，科学出版社） 《催化剂工程导论》,（王尚弟，化学工业出版社）
《Handbook of Heterogeneous Catalysis 》, （ G. Ertl ， VCH 1997）
•
迟到的忏悔 毒气弹在战争中一次又一次惨无人道的灾难性杀伤，使哈伯越来越受到世界
爱好和平的人民的强烈谴责。在这种谴责下，哈伯终于开始反省自己对人类文明 犯下的滔天大罪，内心十分痛苦。1917年，他毅然辞去他在化学兵工厂和部队的 所有职务，以向那些在毒气弹中痛苦死去或终身残废的人谢罪。
但哈伯的忏悔已太迟了。整个一战中，有130万人受到化学战的伤害，其中 有9万人死亡，幸存者中约有60%的人因伤残离开军队。这些都与哈伯研制化学 武器、指挥化学战有关。 1919年，瑞典科学院考虑到哈伯发明的合成氨对全球经济巨大的推动作用， 决定给哈伯颁发1918年唯一的诺贝尔化学奖。消息传来，全球哗然。一些科学家 指责这一决定玷污了科学界。但也有一些科学家认为，科学总是受制于政治，科 学史上许多发明既可用来造福人类，也可用于毁灭人类文明；哈伯发明合成氨， 可以将功抵过。 面对接踵而来的掌声与唾骂，哈伯平静地说：“我是罪人，无权申辩什么， 我能做的就是尽力弥补我的罪行。”
2013-8-9
工业催化 第一章
5
催化科学 催化 catalysis 催化技术 催化作用
研究催化作用的原理 催化作用原理的应用 催化剂对化学反应的作用
2013-8-9
工业催化 第一章
6
催化剂：一种能够改变化学反应速度，而它本身又
不形成最终产物的物质。
催化作用：是利用催化剂来加速或减缓（改变）化
学反应速度的一种化学作用。
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1974年 环球油品公司 UOP 发明汽车尾气催化剂
1974年 罗兰（Rowland）和穆连（Molina）发现氯 氟碳化合物(CFCs) 对臭氧层的催化破坏 1975年 环保领域应用开始发展 1980年代 选择性催化还原（SCR )法烟气脱硝
1983年钛硅分子筛催化TS-1 烯烃 H2O2 环氧化
催化科学：研究催化剂与催化过程的科学，涉及到
物理、化学、材料等多类学科，是一门综合科学。 提问：请举例说出你以前学过的催化剂及催化作用
2013-8-9 工业催化 第一章 7
催化科学的重要性
当代社会三大支柱产业---能源、材料与信息。前两
者与催化剂密切相关。 催化作用是现代工业极其重要的过程，是现代世界
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第一章 绪论
一、课程的性质和任务 二、催化课程的主要内容 三、催化科学的形成与发展 四、催化科学的特点
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一、课程的性质和任务
了解催化过程的化学本质；
熟悉工业催化技术的基本要求和特征；
为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的 理论基础。
为获得生产梯恩梯炸药的芳烃原料，1939年美国标 准油公司开发了临氢重整技术，并生产所需的氧化 铂-氧化铝、氧化铬-氧化铝催化剂。
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催化剂在移动床中投入使用，1964年XZ-15微球 分子筛在流化床中使用，将石油炼制工业提高到 一个新的水平。 ——推动炼油工业技术革命 1949年美国环球油品公司开发长周期运转半再生 式的固定床作业的铂重整技术，生产含铂和氧化 铝的催化剂。
未来？可再生能源、生物、生命、环保、生活 催化是中心科学！！
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4.中国催化剂工业的发展 第一个催化剂生产车间是永利铔厂触媒部，1959 年改名南京化学工业公司催化剂厂。
1950年开始生产AI型合成氨催化剂、C-2型一氧化 碳高温变换催化剂和用于二氧化硫氧化的Ⅵ型钒催 化剂，以后逐步配齐了合成氨工业所需各种催化剂 的生产。
电解水生成的氢和大气中的氮为原料，成功得到了氨浓度为6%~8%的产
率。1909年，他又用原料气循环使用的方法，成功地解决了氨、氮混合气 率不高的问题。1914年哈伯建成一座日产30吨合成氨的工厂。 哈伯的发明震动了全球化学界，并产生划时代效应。他的发明使大气 中的氮变成生产氮肥的、永不枯竭的廉价来源，从而使农业生产依赖土壤 的程度减弱。哈伯因此被称作解救世界粮食危机的化学天才。
1879年为了提高使用寿命又改用V2O5-K2SO4/硅藻 土催化剂，至今一直沿用此催化体系。
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制氯气 19世纪60年代，开发了用氯化铜为催化剂使氯 化氢氧化以制备氯气的迪肯（Deacon）过程。
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•２.奠基时期（20世纪初- 20世纪30年代）
阵地。这场化学战首开了人类战争史上将毒气弹用于实战的先例。联军1.5万人
中毒，其中5000人死亡。 哈伯的行径立即遭到无数仁人的指责。他妻子克拉克· 哈伯反对最为强烈。
但此时的哈伯已丧心病狂，完全被所谓的民族主义蛊惑，听不进去任何劝告。
他妻子万念俱灰，愤而自杀。 妻子的死并没能唤起哈伯的良知，他反而变本加厉。1915年12月，哈伯指 挥他的毒气部队对伊普尔地区的英军施放毒剂，造成英军1000余人中毒；1917 年，他又指导德军对英军进行首次芥子气攻击，10天内使英军1.4万人中毒。
最重要的技术之一，如果没有催化作用，现在的生 活将与我们实际所看到的截然不同。
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据统计，现有90%以上的化工过程是采用催化剂进 行生产的。借助于催化剂生产的产品总值在全世界 工业生产总值中约占18%，仅低于机械产品的总值。
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•
划时代的化学天才
弗里茨· 哈伯1868年12月9日出生于德国一富商家庭。他在读书期间就
一些工业催化剂
催化技术----现代化学工业的基石
“Catalysis is the heart of modern chemical industry” “Catalysis is the front research area of chemistry” “A new technology created need a new catalyst, which makes chemical industry improve rapidly”
显现出巨大的化学天赋，23岁那年，德国皇家科学院破格授予他化学博士
学位。
一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代 免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。
哈伯从1904年开始进行合成氨的试验。此前已有无数科学家从18世纪
中叶就开始这一努力，历经一个半世纪，仍研究未果，用锇作催化剂，以
乙炔选择加氢
甲烷化 F-T合成
Pt/Al2O3
Ni/Al2O3 Fe，Co，Ni
催化剂市场
2000年催化剂市场需求结构
催化剂产值每年几百亿美 元； 主要用于炼油、化工和环 保三大领域。其中炼油 22.4%、化工40.2%、环 保37.4%。
37.4%
22.4% 40.2%
炼油 环保
化工 扇面 4
一些工业催化剂
1990年代组合化学应用于催化剂开发
1992年 美孚公司 （Mobil）发明中孔分子筛 MCM41
1995年飞机使用臭氧催化转化装置净化空气
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1990年代大宗化学品、能源领域萎缩
事件：ICI（英国卜内门化学工业有限公司）, DuPont （杜邦公司）转型 Exxon-Mobil (埃克森-美孚), BP-Amoco（阿莫科）, Chevron（雪佛龙）-Texaco（德士古）, Total（道达尔） -Elf（法国埃尔夫公司）等合并
•
丧心病狂的毒气弹魔鬼
就在哈伯建成氨工厂这一年，一战爆发。哈伯是一个狂热的民族主义者。
他完全效忠于德皇，将其所有的才华投入到毒气弹的研制和使用中。
1914年9月，哈伯向德军参谋本部提出了一条灭绝人性的建议：用他研制
的化学武器打开缺口。德军在哈伯的指导下很快建立了世界第一支毒气部队。 1915年4月，哈伯亲临前线指挥毒气弹的施放。大量的钢瓶氯气飘向联军
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1953年用(C2H5)3Al-TiCl4作催化剂实现了低压合成 聚乙烯，以此为基础，推进了合成橡胶，合成纤维与 合成树脂的发展。 Ziegler-Natta 催化剂 上世纪50年代中期，美国联合碳化物公司(UCC)首 先生产X-型和Y-型分子筛，1962年生产石油裂化用 的小球分子筛。
真正意义的催化剂和催化过程的开发已经有二百多年的历史 。
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•１. 萌芽时期（20世纪以前）：
催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。 制硫酸 1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝 石制硫酸的工厂； 1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石 产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术 从事工业规模生产的开端。
80年代中国开始生产天然气及轻油蒸汽转化的负 载型镍催化剂。至1984年已有40多个单位生产硫酸、 硝酸、合成氨工业用的催化剂。
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学
教
时：40
材： 《工业催化》，（黄仲涛 ，化学工业出版社）
参考书： 《催化剂和催化作用》,（王桂茹，大连理工大学） 《催化剂工程》,（储伟，四川大学出版社） 《催化作用基础》, （甄开吉，科学出版社） 《催化剂工程导论》,（王尚弟，化学工业出版社）
《Handbook of Heterogeneous Catalysis 》, （ G. Ertl ， VCH 1997）
•
迟到的忏悔 毒气弹在战争中一次又一次惨无人道的灾难性杀伤，使哈伯越来越受到世界
爱好和平的人民的强烈谴责。在这种谴责下，哈伯终于开始反省自己对人类文明 犯下的滔天大罪，内心十分痛苦。1917年，他毅然辞去他在化学兵工厂和部队的 所有职务，以向那些在毒气弹中痛苦死去或终身残废的人谢罪。
但哈伯的忏悔已太迟了。整个一战中，有130万人受到化学战的伤害，其中 有9万人死亡，幸存者中约有60%的人因伤残离开军队。这些都与哈伯研制化学 武器、指挥化学战有关。 1919年，瑞典科学院考虑到哈伯发明的合成氨对全球经济巨大的推动作用， 决定给哈伯颁发1918年唯一的诺贝尔化学奖。消息传来，全球哗然。一些科学家 指责这一决定玷污了科学界。但也有一些科学家认为，科学总是受制于政治，科 学史上许多发明既可用来造福人类，也可用于毁灭人类文明；哈伯发明合成氨， 可以将功抵过。 面对接踵而来的掌声与唾骂，哈伯平静地说：“我是罪人，无权申辩什么， 我能做的就是尽力弥补我的罪行。”
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催化科学 催化 catalysis 催化技术 催化作用
研究催化作用的原理 催化作用原理的应用 催化剂对化学反应的作用
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催化作用：是利用催化剂来加速或减缓（改变）化
学反应速度的一种化学作用。
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1974年 罗兰（Rowland）和穆连（Molina）发现氯 氟碳化合物(CFCs) 对臭氧层的催化破坏 1975年 环保领域应用开始发展 1980年代 选择性催化还原（SCR )法烟气脱硝
1983年钛硅分子筛催化TS-1 烯烃 H2O2 环氧化
催化科学：研究催化剂与催化过程的科学，涉及到
物理、化学、材料等多类学科，是一门综合科学。 提问：请举例说出你以前学过的催化剂及催化作用
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催化科学的重要性
当代社会三大支柱产业---能源、材料与信息。前两
者与催化剂密切相关。 催化作用是现代工业极其重要的过程，是现代世界
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第一章 绪论
一、课程的性质和任务 二、催化课程的主要内容 三、催化科学的形成与发展 四、催化科学的特点
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一、课程的性质和任务
了解催化过程的化学本质；
熟悉工业催化技术的基本要求和特征；
为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的 理论基础。
为获得生产梯恩梯炸药的芳烃原料，1939年美国标 准油公司开发了临氢重整技术，并生产所需的氧化 铂-氧化铝、氧化铬-氧化铝催化剂。
2013-8-9 工业催化 第一章 25
催化剂在移动床中投入使用，1964年XZ-15微球 分子筛在流化床中使用，将石油炼制工业提高到 一个新的水平。 ——推动炼油工业技术革命 1949年美国环球油品公司开发长周期运转半再生 式的固定床作业的铂重整技术，生产含铂和氧化 铝的催化剂。
未来？可再生能源、生物、生命、环保、生活 催化是中心科学！！
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4.中国催化剂工业的发展 第一个催化剂生产车间是永利铔厂触媒部，1959 年改名南京化学工业公司催化剂厂。
1950年开始生产AI型合成氨催化剂、C-2型一氧化 碳高温变换催化剂和用于二氧化硫氧化的Ⅵ型钒催 化剂，以后逐步配齐了合成氨工业所需各种催化剂 的生产。
电解水生成的氢和大气中的氮为原料，成功得到了氨浓度为6%~8%的产
率。1909年，他又用原料气循环使用的方法，成功地解决了氨、氮混合气 率不高的问题。1914年哈伯建成一座日产30吨合成氨的工厂。 哈伯的发明震动了全球化学界，并产生划时代效应。他的发明使大气 中的氮变成生产氮肥的、永不枯竭的廉价来源，从而使农业生产依赖土壤 的程度减弱。哈伯因此被称作解救世界粮食危机的化学天才。
1879年为了提高使用寿命又改用V2O5-K2SO4/硅藻 土催化剂，至今一直沿用此催化体系。
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制氯气 19世纪60年代，开发了用氯化铜为催化剂使氯 化氢氧化以制备氯气的迪肯（Deacon）过程。
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•２.奠基时期（20世纪初- 20世纪30年代）
阵地。这场化学战首开了人类战争史上将毒气弹用于实战的先例。联军1.5万人
中毒，其中5000人死亡。 哈伯的行径立即遭到无数仁人的指责。他妻子克拉克· 哈伯反对最为强烈。
但此时的哈伯已丧心病狂，完全被所谓的民族主义蛊惑，听不进去任何劝告。
他妻子万念俱灰，愤而自杀。 妻子的死并没能唤起哈伯的良知，他反而变本加厉。1915年12月，哈伯指 挥他的毒气部队对伊普尔地区的英军施放毒剂，造成英军1000余人中毒；1917 年，他又指导德军对英军进行首次芥子气攻击，10天内使英军1.4万人中毒。
最重要的技术之一，如果没有催化作用，现在的生 活将与我们实际所看到的截然不同。
2013-8-9
工业催化 第一章
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据统计，现有90%以上的化工过程是采用催化剂进 行生产的。借助于催化剂生产的产品总值在全世界 工业生产总值中约占18%，仅低于机械产品的总值。