催化化学：能源资源环境与催化51页PPT
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第5章环境保护催化与环境友好催化技术课件
必须使用催化剂加速分解，常用的催 化剂为：Pt/Al2O3及一些非负载型的过渡 金属氧化物，例如Co3O4、NiO、Fe2O3 和ZrO2等。
2、NOx的催化还原脱除 -----选择性催化还原法 (SCR)
还原剂: NH3 还原产物: N2 和H2O 催化剂: 一般为过渡金属氧化物，负载于载体上 如TiO2/SiO2,V2O5/SiO2,MoO3/Al2O3等。
➢ 催化剂易热失效、中毒失效。热失效催化剂在高温作 用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。
➢ 催化剂中毒失效可以分成化学中毒和机械中毒。高温 下催化剂的热劣化和S、P、Pb中毒极大地缩短了催 化剂的使用寿命。
➢ 冷启动问题，汽车尾气中60%～80%的有毒气体是在 冷启动2分钟内产生的，必须着手改善催化剂的低温 活性
环境催化的研究内容： ❖对污染的治理
将污染物转化成无害物质，或回收加以 利用； ❖在生产过程或化学反应过程中减少污染的 排放，直至无污染排放； ❖用新的原料、催化剂取代对环境有害的物 质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反 应路径。
5.2 空气污染治理的催化技术
影响大气环境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（挥发
❖ 生物法、光催化法
5.6 光催化在环境科学中的应用
2、三效催化剂TWC （Three Way Conversion Catalyst)
三效催化剂： 以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效
地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化。
三效催化剂尾气净化原理
对车用三效催化剂的主要要求
➢ 起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污 染物排放
➢ 有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动 ➢ 耐高2S、NH3等物质 ➢ 价格合适
2、NOx的催化还原脱除 -----选择性催化还原法 (SCR)
还原剂: NH3 还原产物: N2 和H2O 催化剂: 一般为过渡金属氧化物，负载于载体上 如TiO2/SiO2,V2O5/SiO2,MoO3/Al2O3等。
➢ 催化剂易热失效、中毒失效。热失效催化剂在高温作 用下发生烧结和晶粒长大，导致活性下降。
➢ 催化剂中毒失效可以分成化学中毒和机械中毒。高温 下催化剂的热劣化和S、P、Pb中毒极大地缩短了催 化剂的使用寿命。
➢ 冷启动问题，汽车尾气中60%～80%的有毒气体是在 冷启动2分钟内产生的，必须着手改善催化剂的低温 活性
环境催化的研究内容： ❖对污染的治理
将污染物转化成无害物质，或回收加以 利用； ❖在生产过程或化学反应过程中减少污染的 排放，直至无污染排放； ❖用新的原料、催化剂取代对环境有害的物 质或开辟新的副产物少、选择性高的催化反 应路径。
5.2 空气污染治理的催化技术
影响大气环境主要污染物： COx、NOx、 SOx、 VOCs（挥发
❖ 生物法、光催化法
5.6 光催化在环境科学中的应用
2、三效催化剂TWC （Three Way Conversion Catalyst)
三效催化剂： 以Pt-Pd-Rh为主催化剂，能同时有效
地对ＣＯ、ＨＣ和ＮＯX进行催化转化。
三效催化剂尾气净化原理
对车用三效催化剂的主要要求
➢ 起燃温度低，有利于降低汽车冷启动时的排气污 染物排放
➢ 有较高的储氧能力，以补偿过量空气系数的波动 ➢ 耐高2S、NH3等物质 ➢ 价格合适
《催化剂课件》课件
课件应注重实用 性，便于学生将 所学知识应用到 实际工作中
课件评价
用户评价
课件内容丰富， 讲解清晰
课件设计美观， 易于理解
课件互动性强， 易于学习
课件实用性强， 易于应用
专家评价
课件内容丰富，知识点全面
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社会影响
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催化剂课件
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汇报人：PPT
汇报时间：20X-XX-XX
课件介绍
课件内容
课件制作
课件使用催化剂在化学反应中的作用 催化剂的分类及应用 催化剂的发展历史 催化剂在工业生产中的重要性
习时间
使用场景
化学实验教学：帮助学生理解 化学反应原理和过程
化学课程设计：为教师提供教 学资源和参考
化学研究：为科研人员提供实 验数据和理论支持
化学竞赛：为参赛者提供理论 知识和实践操作指导
使用建议
课件内容应简洁 明了，便于学生 理解
课件应包含丰富 的实例和案例， 便于学生掌握知 识点
课件应注重互动 性，鼓励学生积 极参与
多种形式
互动性强：设 有问答、实验、 模拟等互动环 节，增强学习
效果
易于理解：采 用通俗易懂的 语言和生动的 例子，便于学
生理解
课件内容
催化剂定义
催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质 催化剂本身在化学反应中不被消耗 催化剂可以加速化学反应的进行，提高反应效率 催化剂可以分为均相催化剂和非均相催化剂两种类型
提高公众对催化剂的认识和理 解
促进催化剂在工业、环保等领 域的应用和发展
化学与能源ppt优秀课件
03
电能转换效率取决于电 极材料、电解质性质、 反应条件等因素。
04
以上内容仅供参考，如 需更多信息，建议查阅 相关书籍或咨询专业人 士。
03
新能源技术及其化学原理
太阳能利用及光化学原理
太阳能的利用方式
太阳能电池工作原理
光热转换、光电转换、光化学转换等 。
光伏效应的产生及电子流动形成电流 的过程。
应对全球气候变化
节能减排是应对全球气候变化的重要手段，通过减少温室气体排放 ，可以减缓气候变化带来的负面影响。
促进可持续发展
节能减排有利于推动经济、社会和环境的协调发展，实现可持续发 展目标。
提高能源利用效率
通过采用先进的节能技术和设备，可以提高能源利用效率，减少能源 浪费。
环境保护政策背景及意义
化学与能源ppt优秀课件
contents
目录
• 化学与能源概述 • 化学反应与能源转换 • 新能源技术及其化学原理 • 传统能源清洁高效利用技术 • 节能减排与环境保护政策分析 • 未来发展趋势预测与挑战分析
01
化学与能源概述
化学与能源关系
化学反应是能源转换的基础
01
通过化学反应，可以将一种形式的能源转换为另一种形式的能
热能和光能。
热能转换是指将燃烧产生的热能 转换为其他形式的能量，如机械
能、电能等。
热能转换效率取决于燃烧过程的 完全程度、传热效率等因素。
电化学反应与电能转换
01
电化学反应是指涉及电 子转移的反应，通常发 生在电池、电解池等装 置中。
02
电能转换是指将电化学 反应产生的电能转换为 其他形式的能量，如光 能、热能等。
可再生能源和不可再生能源
环境催化学PPT课件
柴油车产业发展的必要性(1)
柴油机是环境友好的发动机
国外：存在车用动力柴油机化的态势
上世纪70年代，欧洲和日本基本实现了载货汽车和 大型客车的柴油机化； 目前，欧洲轿车年产量中40%已采用柴油发动机,在 法国、西班牙等国家高达50%以上； 据预测，2001－2014年，全球汽车销量将增长39％， 其中汽油车增长23％，柴油车增长97％。
第4页/共66页
催化剂的开发利用
经过多年的实践总结，汽车尾气用催化剂研究发展的 方向是:提高催化剂的低温活性和耐高温性.提高催化剂 抗硫磷的中毒能力，使催化剂处于较高的活性状态， 设法减少贵金属用量以降低催化剂成本，研究催化剂 高效耐用的载体等。在催化剂性能改进方面，不断改 进贵金属催化层构造及载体的多孔化与薄壁化，并且 使用具有多种功能的复合型催化剂，开发具有双功能 的催化转化器。改进现行催化剂基质的制作工艺，改 进载体与基质的涂覆工艺及活性组分的担载工艺等， 使催化剂在活性、抗热冲击性及寿命方面有新的突破。
第6页/共66页
（1）三元催化剂的发展
• 贵金属催化剂的发展趋势是在保证催化活性的前提下尽可 能降低贵金属含量，以达到较低的成本。由于Pd的资源比 Pt和Rh丰富且价格低廉、耐热性好，因此研制新型的Pd催 化剂具有重要意义。研究发现La2O3的加入能改善Pd对NOX 的还原性。国外报道研制出了一种双层Pd基催化剂，上层 由分散于Al2O3涂层上的Pd构成，可提供低温催化活性，下 层由 Pd和Ce构成，Ce的高储氧能力用于保证催化剂的高 温催化活性，两层中都添加廉价金属氧化物以产生稳定作 用，并提高Pd的活性。这类双层Pd基催化剂不仅起燃快而 且耐高温，特别适合用作降低汽车冷启动排放的前置催化 剂，因此，降低该类催化剂的成本将加速实现汽车的低排 放和超低排放。
柴油机是环境友好的发动机
国外：存在车用动力柴油机化的态势
上世纪70年代，欧洲和日本基本实现了载货汽车和 大型客车的柴油机化； 目前，欧洲轿车年产量中40%已采用柴油发动机,在 法国、西班牙等国家高达50%以上； 据预测，2001－2014年，全球汽车销量将增长39％， 其中汽油车增长23％，柴油车增长97％。
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催化剂的开发利用
经过多年的实践总结，汽车尾气用催化剂研究发展的 方向是:提高催化剂的低温活性和耐高温性.提高催化剂 抗硫磷的中毒能力，使催化剂处于较高的活性状态， 设法减少贵金属用量以降低催化剂成本，研究催化剂 高效耐用的载体等。在催化剂性能改进方面，不断改 进贵金属催化层构造及载体的多孔化与薄壁化，并且 使用具有多种功能的复合型催化剂，开发具有双功能 的催化转化器。改进现行催化剂基质的制作工艺，改 进载体与基质的涂覆工艺及活性组分的担载工艺等， 使催化剂在活性、抗热冲击性及寿命方面有新的突破。
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（1）三元催化剂的发展
• 贵金属催化剂的发展趋势是在保证催化活性的前提下尽可 能降低贵金属含量，以达到较低的成本。由于Pd的资源比 Pt和Rh丰富且价格低廉、耐热性好，因此研制新型的Pd催 化剂具有重要意义。研究发现La2O3的加入能改善Pd对NOX 的还原性。国外报道研制出了一种双层Pd基催化剂，上层 由分散于Al2O3涂层上的Pd构成，可提供低温催化活性，下 层由 Pd和Ce构成，Ce的高储氧能力用于保证催化剂的高 温催化活性，两层中都添加廉价金属氧化物以产生稳定作 用，并提高Pd的活性。这类双层Pd基催化剂不仅起燃快而 且耐高温，特别适合用作降低汽车冷启动排放的前置催化 剂，因此，降低该类催化剂的成本将加速实现汽车的低排 放和超低排放。
催化工程--催化剂概述 ppt课件
的反应速率。
ri
1
dni dt
ppt课件
3
• Ω，表示反应空间，对于均相催化反应表示反应体 系的体积V;在使用固体催化剂的气固多相催化反应 的情况下，可以是固体催化剂的体积V、表面积S或 催化剂的质量w.因而它可以表示单位体积上、单位 面积上或单位质量的催化剂上的反应速率.
很显然，催化反应的速率愈高，催化剂的催化活性
指催化剂使用至失活时每个活性中心所转化反应的次数， 它与TOF的关系是：
TON=TOF(时间-1）*催化剂寿命（时间） 工业生产中TON一般是106-107
ppt课件
6
• 优点：在相同的实验条件下，可以允许对 不同的研究者的实验数据进行对比，复查 和校核。
缺点：活性中心的数量不容易测定。 目前还仅限于理论方面的应用。
ppt课件
17
• (1)耐热稳定性 能在高温苛刻的反应条件下， 长时间具有一定水平的活性。
极限使用温度 ：大多数催化剂都有极限使用
温度，超过一定的温度范围，活性就会降低甚 至完全丧失。
温度的影响：活性组分的挥发、流失，烧结 微晶粒的长大。
• Hutting温度：晶体开始发生晶格表面质点的迁移
Th=0.3Tm Tm为晶体的熔点 Tamman温度：晶体开始发生晶格体相迁移。
ppt课件
23
• 2 助催化剂（co-catalyst)
单独使用时没有活性或活性很小，但和主催化剂
组合使用时，却能显著提高催化剂的活性、选择 性、耐热性、抗毒性和寿命等的组分；在催化剂
中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催 化剂性能的目的。根据其主要作用可分为两类。
（1）结构助催化剂 能起结构稳定作用的助催化
ri
1
dni dt
ppt课件
3
• Ω，表示反应空间，对于均相催化反应表示反应体 系的体积V;在使用固体催化剂的气固多相催化反应 的情况下，可以是固体催化剂的体积V、表面积S或 催化剂的质量w.因而它可以表示单位体积上、单位 面积上或单位质量的催化剂上的反应速率.
很显然，催化反应的速率愈高，催化剂的催化活性
指催化剂使用至失活时每个活性中心所转化反应的次数， 它与TOF的关系是：
TON=TOF(时间-1）*催化剂寿命（时间） 工业生产中TON一般是106-107
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6
• 优点：在相同的实验条件下，可以允许对 不同的研究者的实验数据进行对比，复查 和校核。
缺点：活性中心的数量不容易测定。 目前还仅限于理论方面的应用。
ppt课件
17
• (1)耐热稳定性 能在高温苛刻的反应条件下， 长时间具有一定水平的活性。
极限使用温度 ：大多数催化剂都有极限使用
温度，超过一定的温度范围，活性就会降低甚 至完全丧失。
温度的影响：活性组分的挥发、流失，烧结 微晶粒的长大。
• Hutting温度：晶体开始发生晶格表面质点的迁移
Th=0.3Tm Tm为晶体的熔点 Tamman温度：晶体开始发生晶格体相迁移。
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23
• 2 助催化剂（co-catalyst)
单独使用时没有活性或活性很小，但和主催化剂
组合使用时，却能显著提高催化剂的活性、选择 性、耐热性、抗毒性和寿命等的组分；在催化剂
中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催 化剂性能的目的。根据其主要作用可分为两类。
（1）结构助催化剂 能起结构稳定作用的助催化
能源与催化
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能源与催化
煤合成气汽/柴油
1922年Fischer和Tropsch发现铁 催化剂作用下由一氧化碳加氢可以得 到 碳 数 分 布 很 宽 的 混 合 烃 (C1-C40 的 烷和烯)，这一过程后来被称之为F-T Synthesis。
CO + H2 CnH(2n+2)+ CnH2n + 2nH2O
相似了。通过这些活性位将CHX添加到长碳 链或短碳链上应该说没有什么区别，只取决
于活性位周围底物“出现”的几率，而
Schulz-Flory-Anderson分布似乎正反映了反
应底物在众多活性位周围“随机”分布的结
果。
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能源与催化
煤合成气汽/柴油
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能源与催化
煤合成气汽/柴油
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能源与催化
污染防治
油 品 的 污 染 主 要 来 自 燃 烧 过 程 中 生 成 的 NOX, 即 N2 + O2 NO2 + NO
No Image
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能源与催化
污染防治
而煤的利用迄今仍 NO
没有实现在初始阶段消 NO2
除潜在的污染源，因此， SO2
煤的燃烧不但将煤本身
能源与催化
三大支柱能源：
煤
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能源与催化
煤 三大支柱能源：
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我国能源储存分布图
能源与催化
煤 三大支柱能源：
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能源与催化
煤 三大支柱能源：
煤中一般含碳60-70 wt%，其余 为氢（5 wt%），有的含氧可高达20 wt%，其余为杂质，主要是硫，氮和 粉煤灰（2-7 wt%，优质煤）。由摩 尔比看，煤的组成类似为CnHn，包括 部分含氧化合物。
绿色化学工艺――催化与绿色化学工艺PPT课件
含铅抗爆剂：四甲基铅、四乙基铅 含铅化合物通过汽车尾气排入大气，引起铅中毒
MTBE： 渗入地下水，引起水源污染
烷基化汽油： 辛烷值高、敏感性小、蒸汽压低、 不含芳烃
理想的调和组分
45
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
烷基化油： 一种烷烃（异丁烷）和稀烃（丙稀或丁烯）
反应所得到的C7和C8异构烷烃 传统工艺： H2SO4、HF为催化剂
2. 超强碱固体催化剂 工业用碱催化剂：氢氧化钠、碳酸钠
碱度函数H-表达，H-越大，碱强度越大 H-＞26为固体碱催化剂为超强碱固体碱催化剂。
9
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
常用超强碱： 碱金属氧化物 碱土金属氧化物 碱土金属氢氧化物
例如：
R 2 O ,C b ,M a N O g ,C a 2 O O ,S O s , r A 2 O O H 3 N l, A a 2 O 3 N l K a
26
第三代：美国联合碳化公司 非硅、铝骨架的磷酸盐系列分子筛APO 杂原子分子筛具有阳离子交换特性、可调
的酸性及优异的热稳定性及水热稳定性
目前水平： 控制和精细调节合成分子筛的结构及孔径 定向合成符合工艺需求的不同类型分子筛
27
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
应用领域：石油化工 拓展：日用化工、环境保护、农业技术
23
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
优点：高选择性 常温
缺点：易失活 对体系的物理化学性质敏感：PH值、P、T、 金属离子等
24
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
五、沸石分子筛催化剂 分子筛是一种多孔固体颗粒，孔的尺寸非常均匀，
处在分子大小的水平，它只吸附与孔径相匹配的物质分 子， 通式：
MTBE： 渗入地下水，引起水源污染
烷基化汽油： 辛烷值高、敏感性小、蒸汽压低、 不含芳烃
理想的调和组分
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绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
烷基化油： 一种烷烃（异丁烷）和稀烃（丙稀或丁烯）
反应所得到的C7和C8异构烷烃 传统工艺： H2SO4、HF为催化剂
2. 超强碱固体催化剂 工业用碱催化剂：氢氧化钠、碳酸钠
碱度函数H-表达，H-越大，碱强度越大 H-＞26为固体碱催化剂为超强碱固体碱催化剂。
9
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
常用超强碱： 碱金属氧化物 碱土金属氧化物 碱土金属氢氧化物
例如：
R 2 O ,C b ,M a N O g ,C a 2 O O ,S O s , r A 2 O O H 3 N l, A a 2 O 3 N l K a
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第三代：美国联合碳化公司 非硅、铝骨架的磷酸盐系列分子筛APO 杂原子分子筛具有阳离子交换特性、可调
的酸性及优异的热稳定性及水热稳定性
目前水平： 控制和精细调节合成分子筛的结构及孔径 定向合成符合工艺需求的不同类型分子筛
27
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
应用领域：石油化工 拓展：日用化工、环境保护、农业技术
23
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
优点：高选择性 常温
缺点：易失活 对体系的物理化学性质敏感：PH值、P、T、 金属离子等
24
绿色化学工艺——催化剂与绿色化学工艺
五、沸石分子筛催化剂 分子筛是一种多孔固体颗粒，孔的尺寸非常均匀，
处在分子大小的水平，它只吸附与孔径相匹配的物质分 子， 通式：
有机合成 催化ppt课件
1845年: Grove,发现热铂丝同样也能够催化水蒸气得分解; 1860年左右: Phillips, 申请铂催化SO2空气氧化为 SO3的专利; 1871年: 工业化催化过程(Deacon process)—HCl催化氧化到氯气; 1877年: Lemoine, 发现HI非催化分解反应和催化分解反应最终的化学 平衡点相同(19%@350C); 1879年: Bertholet, 研究酸催化的有机酸酯化和酯水解, 发现催化剂不 影响化学平衡; 1900年左右: 催化加氢反应: foodstuffs Oils, fats & waxes vitamins medicines, soap……
1955年，巴兰金，能量对应原理，反应分子 与催化剂还必须有结合的能量条件。上述两 方面总括为Fasarcgurl的多位理论，活性中 心理论的一个发展。 1939年，柯巴捷夫，活性集团理论，催化剂 的活性中心是由催化剂表面上未形成结晶的 几个原子形成的。 鲍列斯柯夫等一直认为：固体的催化性质主 要决定于它的化学组成，而与其制备方法无 关。
加氢脱硫/加氢脱氮: Co/MoS2, Ni/WS2 supported on Al2O3;
氢源技术: catalytic hydrocarbon reforming & catalytic steam-reforming 烃类的选择脱氢/选择氧化 烯烃的歧化反应
烯烃的聚合反应: Ziegler-Natta 催化剂(TiCl3/MgCl2)
1960年以来，豪费，道顿等人，倡导催化作 用的电子理论，将固体的催化性质与其电子 结构联系起来，如将金属的d-电子特征、固 体的电导率、电子逸出功与催化性质联系起 来。 1975年以来，一些物理学工作者相继提出了 各种新的理论观点，都有待于进一步的发展 和实验验证。 近来，催化工作者在配合物化学和金属有机 化学的现代成就之上探讨催化剂活性中心和 催化反应机理，提出多相催化的“表面分子 模型”（已为人们所接受）。