工业催化复习

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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。 金属的分散度： 义为： 表面的金属原子

/ g 催化剂

总的金属原子

汽车尾气的危害： 人们已从汽车尾气中分离出 80 多种有害物质，其中以一氧化碳、 氮氧化物、碳氢化合物、铅尘和苯并芘为主。在大中城市中，汽车尾气的污染占整个大 气污染的 60％以上 。

汽车尾气净化采用的催化剂，目前广泛采用的是 三效催化剂 。在操作条件下，可同 时将尾气中的 CO 、HC 和 NOx 净化处理，达到环境要求的限制标准。

三效催化剂的构成主要由载体涂层和活性组分所组成，置于汽车尾气催化转化器 中。

涂层材料必须满足的要求：

① 较高的热稳定性

② 增强涂层中某重要组分的热稳定性

③ 协助或改善某些催化组分的功能

第六章

我国的能源结构是 富煤少气缺油 清洁能源是指不污染环境的能源，也是指可再生的能源，包括太阳能、风能、生物 质能、地热能以及潮汐能等

第八章

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。 固定化细胞和固定化酶又称为固定化催化剂。 生物催化具有以下特点：

催化效率高： 高度的专一性：一种是绝对专一性；另一种是相对专一性。一种酶只能催化一种底 物进行一种反应， 称为绝对专一性。一种酶能够催化一类结构相似的底物进行某种相同 类型的反应，称为相对专一性。也称为键专一性或基团专一性。

反应条件温和：一般在常温常压下进行，减少不必要的副反应。

第九章

活性高 选择性好 在使用条件下稳定 具有良好的热稳定性、机械稳定性和抗毒性能 价格低廉

目前，工业上使用的固体催化剂的制备方法主要有： 沉淀法、浸渍法、机械混合法、离子交换法、熔融法等。 浸渍法优缺点 酶不适应于工业化生产过程，对周围环境的温度、

pH 值、盐浓度等因素非常敏感 ?工业催化剂的要求

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⑴ 浸渍法所制得的催化剂，其表面积与孔结构接近于所用载体的数据，因此可使成品的宏观结构预先受到控制，即可根据反应所要求的催化剂宏观结构，选择所需的载体。

⑵ 在适当的操作条件下，活性组分可以均匀的薄层附着在载体表面上，

因此大大提高了活性组分的利用率，这对用贵金属为活性组分的催化剂尤为有利。

⑶ 浸渍法所涉及的过程比用沉淀法单纯得多，而且在工艺上也比较简单。

（ 4）用浸渍法制备催化剂，技术上比较容易掌握。

混合法优点：

方法简单、生产量大、成本低，适用于大批量催化剂的生产。

混合法缺点是催化剂各组分间难以混合均匀，组分间相互作用程度小，难

以协同起催化作用，催化剂的活性、稳定性较沉淀法、浸渍法的差；此外，在生产过程中粉尘大、劳动条件恶劣，尤其是生产毒性较大的催化剂时，对工人身体损害很大。

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。

熔融法制造工艺显然是高温下的过程，因此温度是关键性的控制因素。采用精心控制的固化过程，能保证熔融态的介稳结构，直到在使用温度下仍为介稳态。

熔融法制备催化剂，其活性好、机械强度高，且生产能力大。

缺点是通用性不大。

催化剂的失活

⑴ 中毒催化剂的活性和选择性由于受到少数杂质作用而显著下降的现象称为中毒。毒物通常是反应原料中带来的杂质或者是催化剂本身的某些杂质在反应条件下和有效成分作用的结果。

反应产物（或副产物）有时也可能毒化催化剂。极少量的毒物就可以导致大量催化剂的活性完全丧失。毒物因催化剂而异；还因催化剂所催化的反应而异。温度对中毒也有影响。

选择中毒对工业催化剂来说具有实用意义。

催化剂的再生

再生是在催化剂活性下降后，通过适当处理使其活性恢复的操作。工业上常用的再生方法有四种：

⑴ 蒸汽处理：

⑵ 空气处理：积炭严重，阻塞了催化剂的微孔结构时，可通入空气进行燃烧或氧化，使催化剂表面的炭或类焦与氧反应，将

C 转化成 CO2 放出。

⑶ 通入 H2 或不含毒物的还原性气体：

⑷ 用酸或碱溶液处理：如骨架镍催化剂的再生，通常采用酸或碱除去毒物。催化剂再生后，

活性可以恢复，但再生次数是有限制的。