第一章 工业催化剂概述
第一章工业催化剂概述 PPT
1811年,俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用,热得淀 粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉 水解生成糖。
萌芽时期
1835年,Berzelius首先提 出“催化作用”
1875年耶可布(Cjacob) 建立了以Pt为催化剂得 接触法生产硫酸得工业 方法,就是化学工业得重 要进步。
J、J、 Berzeli
奠基时期
1907年油脂加氢生产硬化油,为近代有机工业 得先河。 (法国Scbatier 1912年获诺贝尔化 学奖 )
1904开始德国化学家Haber研究合成氨催化 剂,(1918年获诺贝尔化学奖)
大发展时期
1929年由法国E、J、Houdry开发流化床催 化裂化工艺(FCC)
非催化: A+B→AB
催化剂C: A+C→AC
AC+B→AB+C
A+B→AB
合成氨: N2+H2→NH3 Fe催化剂:N2+*→2N*
NH*+H*→NH2*
H2+* → 2H * N*+H*→NH* NH2*+H*→NH3+*
在500℃时,合成氨E非催= 334、6KJ/mol,E催=70 KJ/mol
催化剂与催化作用
催化循环
AB
P
separation
catalyst
bonding
AB
catalyst
P
catalyst
reaction
Ethylene Hydrogenation
Ni
C2H4 + H2 C2H6
工业催化剂概述范文
工业催化剂概述范文工业催化剂是一种重要的化工原料，在化学反应过程中起到催化剂作用。
催化剂能够提高化学反应速率，降低活化能，从而改善反应效率。
工业催化剂的应用广泛，涵盖了许多行业，如石化、制药、化肥、化学合成等。
本文将对工业催化剂进行概述。
一、催化剂的基本原理催化剂作用于化学反应中，通过吸附和脱附对反应物分子进行活化，从而改变反应物的反应途径，提高反应活性。
催化剂能够降低活化能，使反应更容易发生，并且能够参与反应而不被耗尽，因此催化剂的使用可以节省反应物的用量，减少能源消耗。
催化剂的活性主要来自于其表面上的活性中心，这些活性中心可以与反应物形成化学键，并参与反应。
催化剂的表面活性中心可以是金属、合金、氧化物等，这些物质具有特定的电子结构和晶格结构，从而赋予催化剂特殊的催化性能。
此外，催化剂的形貌、结构等也对其催化性能有影响。
二、常见的工业催化剂1.贵金属催化剂贵金属催化剂包括铂、钯、铑等，这些催化剂具有很高的催化活性和选择性。
贵金属催化剂主要应用于有机合成反应、汽车尾气净化等领域。
2.过渡金属催化剂过渡金属催化剂包括铁、钴、镍等，这些催化剂在有机合成、石化等领域具有重要应用。
过渡金属催化剂的催化性能受迁移率和空穴数的影响。
3.氧化物催化剂氧化物催化剂包括氧化锌、二氧化钛等，这些催化剂主要应用于化学合成、环境保护等领域。
氧化物催化剂通常具有较高的表面积和孔隙结构，能够提供大量的活性中心。
4.酸碱催化剂酸碱催化剂是催化反应中的两种常见类型。
酸催化剂能够提供质子，参与反应，如酸催化的酯化反应。
碱催化剂能够提供氢氧根离子，参与反应，如碱催化的甲醇酯化反应。
三、催化剂的应用1.石化工业石油催化裂化是石化工业中最重要的催化反应之一，通过催化剂的作用，将重质石油馏分转化为高附加值的轻质石油产品。
催化裂化过程中使用的催化剂通常为沸石系列催化剂。
2.制药工业在制药工业中，催化剂广泛应用于有机合成反应。
例如，金属催化剂用于苯甲酸的氢化反应，氧化物催化剂用于氧化反应等。
1第一章工业催化剂概述
第一章工业催化剂概述1.催化剂在经济上的地位和作用2.催化工业的形成和发展3.催化剂市场4.若干术语和基本概念1.催化剂在经济上的地位和作用A．催化剂是化学工业的基石。
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。
B．提高社会生产水平(合成氨、合成材料、生物化工)合成氨：亚洲在世界上的产量最高，其中，中国是第一大生产和消费国；合成材料：树脂，塑料；合成纤维；合成橡胶；树脂，塑料；产量最大的通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯；热塑性树脂，塑料总产量已与赶超钢铁的产量。
生物化工：酶化工，最古老的化学工业，酿酒、制药，（Only，Cobbut，青霉素）生物汽油：发酵法生产乙醇，掺入汽油约10％；生物柴油：大豆油、蓖麻油等掺入柴油中。
C．扩大资源利用范围（C1化工、煤、石油）C1：含一个碳的小分子；可生产合成燃料（F-T合成）；生产三烯（乙烯，丙烯，丁二烯）；生产三苯（苯、甲苯、二甲苯）；构成化学物质的使用循环。
煤：传统用处，燃料，化工原料（汽化干馏得到，成本高，不纯）；现石油危机，重提化工利用，汽化，液化等。
石油：催化裂化，重要的行业革新；催化重整，开辟制苯途径；60年代，全面取代煤。
燃料添加剂：四乙基铅、甲基叔丁基醚、二甲醚。
D．提取制造重要物质（精细化工）精细化工产品：批量小，附加值高，技术含量高，针对性强。
催化剂本身是一种精细化工产品；E．满足社会各方面需要（衣、食、住、行、环保、国防）2.催化工业的形成和发展A. 二十世纪以前（萌芽时期）；最早工业化催化剂：硫酸催化剂：NO2SO2 SO3 Cat：NO2后1879年用Pt催化剂，现用V2O5-K2SO4/硅藻土B. 二十世纪初（奠基时期）1913年：合成氨Fe Cat；15年：氨氧化制硝酸Pt网Cat；C. 二十世纪初30～60年代（大发展时期）36年：催化裂化催化剂：SiO2-Al2O3；38年：Ficher-Tropsch合成，Fe,Co,Ni催化剂；49年：催化重整催化剂：Pt-Re/Al2O3；53年：乙烯聚合催化剂：Ziggler-Natte TiCl4-Al(C2H5)360年代：均相络合催化剂；分子筛催化剂。
工业催化剂的开发与应用
工业催化剂的开发与应用第一章：催化剂的概述催化剂是化学反应中的一种特殊物质，它不参与反应本身，但能够显著地促进反应速率，提高反应的选择性和效率。
催化剂在工业生产中应用广泛，能够实现废液处理、能源转化、有机合成、材料制备等多种目的。
催化剂分类:催化剂按照其组成结构可分为单质催化剂、化合物催化剂和生物催化剂。
按照反应类型可分为氧化还原催化剂、酸碱催化剂、酶催化剂等。
第二章：催化剂的开发工业催化剂的开发和研究涉及到多个领域，包括化学合成、物理化学、工程学、光电学等。
催化剂的开发有以下几个步骤：1.催化剂的配方设计催化剂的配方设计是催化剂开发的第一步，它涉及到选择合适的催化剂成分、载体、添加剂等，并进行充分的测试和优化。
2.预处理和制备在催化剂的制备过程中，预处理和制备是很关键的一步。
预处理可以去除不必要的杂质和保留有效成分，而制备则包括沉积、烘干、焙烧等步骤。
3.表征和测试表征和测试是催化剂开发的重要环节，它可以确认催化剂的成分和结构特点，并评估其反应性能。
第三章：工业催化剂的应用1.石化工业催化剂在石化工业中得到广泛应用，它能够加速反应速率，改善产物质量，节省生产成本。
在炼油过程中，催化剂可以帮助将低价石油转化为高价产品，如汽油、柴油等。
2.环保领域工业催化剂可以在环保领域应用，它主要涉及到大气污染、水处理等方面。
催化剂能够加速废气中的有害物质转化为无害或低害物质，减少污染物排放。
3.制药领域工业催化剂可以用于制药领域，主要是合成药物过程中的中间体或原料的合成。
通过催化转化反应，提高药物的纯度和选择性，降低药品的成本。
第四章：催化剂的研究进展1.纳米催化剂技术纳米催化剂技术是催化剂研究的热点方向之一，其主要成分是纳米粒子。
纳米催化剂相对于传统催化剂具有更大的比表面积和较强的化学活性，因此在能源转化、环保、生物技术等方面具有广泛的应用前景。
2.光催化剂技术在光催化剂技术中，光照可以激活催化剂表面的活性中心，在光催化反应中发挥重要作用。
第01章-催化剂与催化作用
Ag CH3OH+O2 = HCHO+2H2O
对产物具有选择性的主要原因是由于催
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（ 甚至增加）
C2H4 + ½ O2 Ag CH2 --- CH2
O
PdCl2-CuCl2
C2H4 + ½ O2
大型合成氨厂：
压力： 20 - 35 MPa
温度： 400 - 500 ℃ 催化剂： Fe-K2O-Al2O3
第三页，编辑于星期二：二十一点 二分。
• 催化剂的基本特性
– 催化剂对反应具有选择性（催化剂的专用性）
专一对某一反应起加速作用的性能为选择性
CO + H2 （合成气）
Ni CH4
473-573 K 0.1-2 MPa
推论：
K = k正 / k逆
➢ 加速正反应速率的同时，也必以相同倍数加速逆反应速率
➢ 能催化正反应的催化剂，也应该能催化逆反应（加氢/脱氢，水合/脱水 ）
用途：缓和条件下初步筛选催化剂（合成氨、甲醇、加氢/脱氢）
第八页，编辑于星期二：二十一点 二分。
注意：实际工业上催化正、逆反应，往往选用不同催化剂！
会引起催化剂性能变化。如，有机化合物在加氢/脱氢反应中，镍催化剂对 加氢是非常活泼的，但对脱氢反应效果较差，这是因为脱氢反应中伴随 的有机物积炭副反应会使催化剂迅速失活
催化剂的基本特性——小结：
➢ 改变反应途径，降低反应活化能，加快反应速度
➢ 催化剂对反应具有选择性
催化剂能做什么？
➢ 只能加速热力学上可行的反应，而不能加速热力学上不能进行的反应
工业催化--第一章-催化剂与催化作用-(1).讲解学习
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
工业催化基础
2、经济效益 （1）催化剂按使用部门划分为炼油、化工.和环保催化剂三大类。据统计，20 世纪80年代中期全球催化剂销售额仅25亿美元，1991年达到66亿美元，1995年103 亿美元，其中炼油、聚合物、化工和环保催化剂分别占22%、16%、26%和35%，汽 车尾气处理Cat.占1/3。
（2）1986年美国商业部估计，美国1984年催化剂消耗总值为13.3亿美元，同 期的石油炼制产品和石油化工产品(两类产品绝大多数通过催化剂生产)的销售总 值为2590亿美元，即＄195产值/＄1 Cat. 。
2）催化化学；
3）废塑料、废弃物回收利用技术；*** 4）分离技术；***
5）工程放大技术；***
6）新能源、节能技术的开发；*** 7）生态平衡工厂、舒适工厂，即绿色化工厂；***
8）现代化管理系统；*
9）高新技术；*** 10）软件开发。**
（2）现代化学工业中，任何一种新产品、新工艺的出现，都是与催化剂 的开发有关。 Ex1：乙烯生产 工业方法：渣油、石脑油、轻柴油裂解→乙烯。 存在问题：石油资源缺乏，与车用燃料、其它石化产品争原料。 缺原料，瓶颈问题。 大力研发：甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯。关键:高效催化剂开发。 OCM制乙烯是20世纪80’以来世界天然气转化研究的突出热点。自1982年Keller
等发表第一篇OCM研究论文到1993年初,全世界所发表论文＞950篇,申请美国专利
＞160件。有人统计，国内外所研究过的OCM催化剂＞2000种，及到元素周期表中 除氧族元素以外的各主副族的数十种元素。 目前,OCM制乙烯已取得突破进展,开始投入工业试验。乙烯单程收率达到 26～28%。筛选催化剂有：LiCl/MnO2、Li+/MgO、Li2SO4.MnXOy/TiO2、 MnO2.NaCl/B2O3等。 此外,合成气→烯烃，甲醇→烯烃,大力开发,完成工业试验、正在工业化。
工业催化剂概述
提高生产效率
工业催化剂能够显著提 高化学反应速率，缩短 生产周期，从而提高生
产效率。
降低能耗
催化剂的使用可以降低 反应所需的温度和压力，
从而减少能源消耗。
提升产品质量
催化剂可以改变反应路 径，提高目标产物的选 择性，从而提高产品质
量。
促进新工艺开发
催化剂的发现和应用推 动了新工艺的开发和优 化，促进了化学工业的
工业催化剂的应用范围广泛，涉及石 油、化工、制药、环保等多个领域， 对国民经济和人类生产生活具有重要 意义。
未来工业催化剂的发展趋势和挑战
随着环保意识的提高和可持续发展理念的普及， 工业催化剂的发展趋势将更加注重绿色环保和 可持续发展。
新型工业催化剂的研发和应用将更加注重资源 节约、环境友好和经济效益，同时需要应对技 术更新换代快、市场竞争激烈等挑战。
01
02
03
环保催化剂
开发对环境友好的绿色催 化剂，减少对环境的污染 和危害。
低碳技术
研究低碳或无碳排放的催 化反应过程，降低能源消 耗和温室气体排放。
资源高效利用
通过催化剂的优化，实现 资源的最大化利用，减少 浪费和排放。
05
结论
工业催化剂在工业生产中的重要地位
工业催化剂在化学工业中发挥着至关 重要的作用，能够加速化学反应速率 ，提高生产效率和产品质量。
工业催化剂概述
• 引言 • 工业催化剂的类型 • 工业催化剂的应用 • 工业催化剂的未来发展 • 结论
01
引言
工业催化剂的定义
01
工业催化剂是一种能够加速化学 反应的物质，本身不参与反应， 反应前后性质不变。
02
它通过降低化学反应的活化能， 提高反应速率，从而促进工业生 产中的化学反应。
催化剂工程导论1工业催化剂概述
1.1.5 基本有机合成工业用催化剂
基本有机合成工业：基于低分子有机化合 物的合成反应 存在反应速度慢及产物多的普遍规律 研究关键：寻找高活性和选择性的催化剂，以期工业化。
1.1.5 基本有机合成工业用催化剂举例
加氢, 苯→环己烷 — Raney Ni 脱氢，乙苯→苯乙烯 — Fe3O4(Cr,K氧化物)
90%以上的化工产品，80%化学工业过程（ 石油加工、传统化学工业、食品工业、建材 工业、精细化学品工业、环保产业等）是采 用催化过程来实现的。
催化剂的销售额在100多亿美元。与催化剂 相关的销售收入可达近千亿美元
催化剂是化工技术的核心
催化剂正日益广泛深入地渗透于
• 石油炼制工业 • 化学工业 • 高分子材料工业 • 生物化学工业 • 食品工业 • 医药工业 • 环境保护产业
单质 离子
催化剂举例 强阳性，Na 强阴性，I2,Cl2 中性，活性炭
Al2O3, AlCl3, BF3 H2SO4, H3PO4 Pt, Ni Ni2+,V5+
反应类别
供电子体（D） 受电子体（A） 电子供受体（D-A）
酸碱反应
酸碱反应
氧化还原反应
氧化还原反应,酸碱反应
1.2.3.4 按Cat.组成及功能
作为燃料电池燃料使用 •合成甲醛、二甲醚、醋酸、甲酸甲酯和碳酸二甲酯的原料
（二）合成甲醇Cat.（I）
•合成甲醇需要多种催化剂
•国内常用的催化剂
✓CuZn-Al(中低压法) ✓CuZn-Cr(高压法)
1.1.3催化剂与石油炼制及合成燃料工业
早期的石油炼制 — 蒸馏等物理方法为主 近代的石油炼制 —催化裂化、烷基化、加氢精制、加
1.1.1 催化剂——化学工业的基石
工业催化--第一章工业催化剂概述
• 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
工业催化
浸渍法的特点： 1）优点：用即成的外形和尺寸的载体，省略了催 化剂的成型步骤；选择合适的载体，以提供催化 剂所需的物理结构特性；因负载组分多数仅仅分 布在载体表面上，故利用率高、用量少，成本低， 广泛用于贵金属负载型催化剂。 2）缺点：干燥时，活性组分向外表面移动，而使 其浓度降低，甚至载体未被覆盖；焙烧时，产生 废气污染。 浸渍法的原理：因表面张力的作用而产生毛细管 压力，使液体渗透到毛细管内部；活性组分在载 体表面上的吸附。 活性组分在载体上的分布情况：有蛋壳型、蛋白 型、蛋黄型和均匀型等。
蒸气相浸渍法：借助化合物的挥发性，以蒸气的形态将其 负载到载体上。见56页的例子。 三、制备实例 见57页的过量浸渍法和58页的多次浸渍和浸渍沉淀法。
2.3 混合法 一、混合法及其特点 将两种以上的物质机械混合。多组分催化剂在成型前 都要进行此操作。此法操作简单，产品化学组成稳定， 用于制备高含量多组分催化剂，但其分散性和均匀性较 低，可通过加入表面活性剂等方法加以改善。 二、混合法的类型 干混：常用拌粉机和球磨机进行 湿混：多用捏合机、槽式混合器、轮碾机等 三、制备实例 见59页下湿混法制备固体磷酸催化剂。
载体 稳定剂、 抑制剂
提高表面积、耐热性、机械强度，含量大于助催化 剂，是活性组分的分散剂、粘合剂和支载物，见表 1-17
稳定剂与载体相似，抑制剂与助催化剂的作用相反， 见表1-18
2）均相配合物催化剂 3）生物催化剂 二、各类催化剂功能特点比较 多相固体催化剂：应用广；易与反应系统分离；催化过 程易于控制，产品质量高；催化机理复杂。 均相配合物催化剂: 催化机理易于研究和表征；活性大 于多相催化剂；与反应混合物分离困难；昂贵，中心离子 多为贵金属；热稳定性较差，以致限制反应温度的提高， 转化率低而催化剂耗损大；对金属反应器腐蚀严重。 生物催化剂：高效性（用量少，活性高）、高选择性 （底物专一性，即每一种酶只能催化已知或一族特定底物 的反应；反应专一性，即只能催化某种特定的反应）、反 应条件温和（常温、常压和接近中性的PH下进行）、自 动调节活性（酶的活力受到多方面因素的控制，通过自动 调节酶的活性和酶量，以满足生命过程的各种需要）。
工业催化剂概述详解
工业催化剂概述详解工业催化剂是指在化学反应中起催化作用的物质。
催化剂可以增加反应速率，降低反应温度，提高产率和选择性，并且在反应结束后可以被回收和再利用。
工业催化剂广泛应用于石油化工、化学合成、环境保护和新能源等领域。
工业催化剂主要可分为贵金属、非贵金属、酸性催化剂和碱性催化剂四大类。
贵金属催化剂包括铂、钯、铑等贵金属，常用于催化氢气的加氢反应和有机物的氧化反应。
非贵金属催化剂主要包括氧化物、硅胶和金属催化剂。
氧化物催化剂广泛应用于氧化反应和脱氢反应，硅胶催化剂主要用于裂化反应和有机合成反应。
酸性催化剂具有高酸性，常用于酸催化反应如酯化、酸解和醇醚化等反应。
碱性催化剂具有高碱性，常用于碱催化反应如醇碱酯化和羰基化反应。
工业催化剂的活性主要取决于催化剂的结构和表面特性。
催化剂的结构可以是单一组分的金属或氧化物，也可以是复合物或复合催化剂。
表面特性包括表面活性位点和氧化还原特性。
表面活性位点是催化剂上能与反应物相互作用的活性位点，通常是金属或氧化物表面的缺陷或边缘位点。
氧化还原特性是催化剂在反应中通过催化剂表面上的氧化还原反应参与反应，并影响催化剂的活性。
工业催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括沉淀法、共沉淀法、共沉积法、浸渍法、共掺法和溶胶凝胶法等。
沉淀法是将催化剂前驱体溶液中的金属或氧化物通过加入一定的沉淀剂，使之沉淀成固体的方法。
浸渍法是将催化剂前驱体溶液通过浸渍方式使其渗透到载体中，并通过干燥和煅烧使前驱体转化为催化剂。
溶胶凝胶法是将催化剂前驱体逐渐溶解在溶胶中，然后通过凝胶化和热处理使之形成催化剂。
总之，工业催化剂在化学工业中发挥了重要的作用。
通过催化作用，催化剂能够加速化学反应，提高产率和选择性，降低能量消耗和环境污染。
随着科学技术的不断进步，工业催化剂的研究和发展将会为化学工业的可持续发展做出更大的贡献。
催化剂工程导论 - 大纲及思考题答案
催化剂工程导论 - 大纲及思考题答案催化剂课程教学内容及教学基本要求第一章工业催化剂概述本章重点催化若干术语和基本概念，难点催化剂的化学组成和物理结构。
第一节催化剂在国计民生中的作用本节要求了解催化剂在国计民生中的作用(考核概率5%)。
1 催化剂―化学工业的基石2 合成氨及合成甲醇催化剂3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业4 基础无机化学工业用催化剂5 基本有机合成工业用催化剂6 三大合成材料工业用催化剂7 精细化工及专用化学品中的催化8 催化剂在生物化学工业中的应用9 催化剂在环境化学工业中的应用第二节催化若干术语和基本概念本节要求理解催化若干术语和基本概念(考核概率90%)，掌握催化剂的化学组成和物理结构(考核概率95%)。
1 催化剂和催化作用 2 催化剂的基本特征 3 催化剂的分类4 催化剂的化学组成和物理结构5 多相和均相催化剂的功能特点6 多相和均相催化剂的同一性7 新型催化剂展望第二章工业催化剂的制造方法本章重点是沉淀法和浸渍法，难点是催化剂的制备原理和技术要点。
第一节沉淀法本节要求理解沉淀法的分类(考核概率60%)，掌握沉淀操作的原理和技术要点(考核概率80%)，了解沉淀法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 沉淀法的分类2 沉淀操作的原理和技术要点3 沉淀法催化剂制备实例第二节浸渍法本节要求掌握各类浸渍法的原理和操作(考核概率80%)，了解浸渍法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 各类浸渍法的原理及操作 2 浸渍法催化剂制备实例第三节混合法本节要求了解混合法制备催化剂（考核概率20%）第四节热熔融法本节要求了解热熔融法制备催化剂（考核概率20%）第五节离子交换法本节要求理解由无机离子交换剂制备催化剂，由离子交换树脂制备催化剂（考核概率40%）。
1 由无机离子交换剂制备催化剂。
2 由离子交换树脂制备催化剂。
第六节催化剂的成型本节要求了解催化剂成型工艺，几种重要的成型方法（考核概率20%）。
工业催化剂知识点汇总
《工业催化剂》考前复习★第一章工业催化剂概述l催化剂对于一个国家的国民生产至关重要，主要应用于炼油、化工和环保三大领域。
★第二章催化剂基础l催化剂是一种化学物质，能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应的热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显消耗的物质。
l催化作用是一种化学作用，是靠一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应，催化作用的本质是降低反应的活化能，改变反应的历程。
★催化剂的基本特征有哪些？l催化剂只能改变化学反应速度，而不能改变化学平衡的位置；l催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应；l催化剂对反应具有选择性；l催化剂具有寿命。
l衡量工业催化剂性能的三大指标是活性、选择性和稳定性。
l催化剂按工艺和工程特点可分为均相催化剂、多相催化剂和酶催化剂（生物催化剂）。
l多相固体催化剂通常是由主催化剂、共催化剂、助催化剂和载体组成的。
l多相催化的反应控制步骤通常为扩散控制或化学反应控制。
★多相催化反应的基本步骤有哪些？①反应物分子从气流中向催化剂表面扩散（外扩散）；②反应物分子向孔内扩散（内扩散）；③反应物分子在催化剂内表面上吸附（吸附）；④吸附的反应物分子在催化剂表面上进行化学反应（表面反应）；⑤反应产物自催化剂内表面脱附（脱附）；⑥反应产物在孔内扩散（内扩散）；⑦反应产物扩散到反应气流中（外扩散）。
★第三章工业中的重要催化过程及常用催化剂l工业合成氨过程中氨合成反应使用的催化剂：熔铁催化剂l组成：Fe-Al2O3-K2Ol主催化剂：Fel助催化剂：Al2O3和K2Ol在石油炼制工业中有催化剂存在的催化过程主要包括催化裂化、催化重整、催化加氢。
石油炼制工业的生产目的，一是向社会提供燃料油（汽油、柴油），二是提供基础化工原料（三烯、三苯加甲醇）。
l沸石分子筛的主要组成是硅铝酸盐，在结构中具有许多均匀孔道，对吸附的分子起筛分作用，故称之为分子筛。
l合成高分子材料工业的三大产品是合成塑料、合成橡胶和合成纤维，所使用的齐格勒-纳塔聚合催化剂主要用作合成聚乙烯和聚丙烯。
※工业催化剂概述
第一章※工业催化剂概述1.举例说明催化剂在国计民生中的作用。
P2答：（一）合成氨;（二）合成甲醇;（三）催化剂与石油炼制及合成燃料工业;（四）基础无机化学工业用催化剂;（五）基本有机合成工业;（六）三大合成材料（合成树脂与塑料、合成橡胶、合成纤维）;（七）精细化工及专用化学品;（八）生物化学工业;（九）环境化学2.1976年国际纯粹及应用化学协会公布的催化作用的定义是什么？P12答：催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。
3.什么是催化剂的基本特征？P13 答：①催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。
②催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。
③催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
④催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。
⑤催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
4.为什么催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置？P14答：在一定外界条件下某化学反应产物的最高平衡浓度，受热力学变量的限制。
换言之，催化剂只能改变达到（或接近）这一极限值所需要的时间，而不能改变这一极限值的大小。
5.为什么对正方向有效的催化剂对反方向的反应也有效？P14答：催化剂不改变化学平衡，故对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
换言之，正反应的催化剂也是逆反应的催化剂。
6.根据聚集状态如何对催化剂进行分类？P15答：液体、固体、气体7.按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？P17答：多相固体催化剂；均相配合物催化剂；酶催化剂。
8.主催化剂的定义是什么？P18 答：起催化作用的根本性物质，没有它，就没有催化作用。
9.共催化剂的定义是什么？P18 答：能和主催化剂同时起催化作用的组分。
10.助催化剂的定义是什么？P18 答：催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性，机械强度和寿命等性能的组分（通常本身无催化活性或具很低的活性）。
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。
工业催化剂概述
选择性 (Selectivity)
很多情况下,与原料处于平衡的热力学可能的产
物很多,但往往只有一种是希望的目的产物。
主要决定于催化剂的功能，也部分取决于热力
学平衡
选择性 (Selectivity)
举例1：
CO + H2 →CH3OH → CH3(CH2)nOH → C2nH2n → CnH2n+2 → CH4
碱催化剂；可溶性过渡金属化合物催化剂
酶催化剂 (Enzyme catalyst)
催化剂的分类
按催化剂组成及使用功能
金属催化剂：加氢、加氢裂解、脱氢、氧化、异构化等
金属氧化物催化剂：氧化、脱氢 等 金属硫化物催化剂：加氢脱硫、加氢脱氮等
固体酸碱催化剂：催化裂化、烷基化、重整、异构化、 酯化、水合、脱水等
化学变化、相变化引起内聚应力（氧化、还原、 溶胀、收缩），抗床层压降。
化学组成 (Chemical Composition)
化学组成是一个工业催化剂的根本，影响其活性、
选择性和稳定性。
催化剂的规格指标应加以控制，应严格使用规定
原料、并按操作规程生产。
例如
铂重整催化剂： Pt 含量 0.3%-0.5% ，严格控制载 体氧化铝的杂质含量、Pt与F的含量比，保证脱氢、
中毒（Poisons）：原料中杂质,或某些生成物使表 面活性中心中毒;
稳定性和寿命(Stability, Service life)
烧结（Sintering，Aggregation）：金属晶粒，催化剂或 催化剂载体。 当温度为0.3Tm（Huttig温度）时，开始发生晶格表 面迁移 当温度为0.5Tm（Tammann温度）开始发生晶格体 相内的迁移
工业催化催化剂课件
催化剂的制造过程应尽量简单、经济、环保，且应考虑到大规模生产的需求。设计的催化剂应易于制造 、安装和维护，同时应尽量减少对环境的影响。
催化剂制备的主要流程
配料制备
物理化学处理
性能测试与优化
配料制备是催化剂制备的第一 步，主要包括选择和制备催化 剂的活性成分，以及确定各成 分的比例。此外，还需考虑助 剂和载体的选择与制备。
在配料制备完成后，需要对催 化剂进行物理化学处理，包括 干燥、焙烧、还原等步骤，以 调整其物理化学性质，如比表 面积、孔结构等。
在制备完成后，需要对催化剂 进行性能测试，包括活性测试 、选择性测试等，以评估其对 于特定反应的性能。根据测试 结果，可以对催化剂进行进一 步优化或调整。
催化剂制备的优化方法
01
02
03
提高生产效率
通过使用催化剂，化学反 应可以在更短的时间内完 成，从而提高生产效率。
降低能耗
催化剂可以降低化学反应 的活化能，使得反应可以 在较低的温度和压力下进 行，从而降低能耗。
提高产品质量
通过使用催化剂，可以控 制化学反应的产物分布， 从而提高产品的质量和纯 度。
工业催化催化剂的历史与发展
纳米结构催化剂
研究纳米结构对催化剂性能的影响，开发出 具有高活性和高稳定性的纳米催化剂。
金属有机骨架（MOFs）催 化剂
利用MOFs材料的可调性和多孔性，制备出高效、 稳定的MOFs催化剂。
生物催化剂
利用生物资源，探索生物催化剂在工业催化 领域的应用潜力。
催化剂性能的提升
活性提升
01
通过优化催化剂的组成和结构，提高催化剂的活性和
02
CATALOGUE
工业催化催化剂的设计与制备
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在500℃时，合成氨E非催= 334.6KJ/mol，E催=70 KJ/mol
满足社会各方面需要
衣、食、住、行
2.催化剂在经济社会发展过程中的 作用与地位
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。
3.催化剂市场
全球催化剂销售 额（美元） 1975年8.2亿 1980年11.9亿 1985年25.08亿 1990年59.84亿 1995年85亿 1996年90亿 2000年100亿 2001年105亿 2007年135亿
r催/r非催=E催/ E非催= 3×1013 每吨Fe催化剂能生产2万吨氨
催化剂为什么会加快反应速度？
活 化 能
E非催 334.6KJ/mol
1降低了反应活化 能 2改变了反应历程
E催 70KJ/mol
反应
催化剂的基本特征
催化剂只能改变化学反应速度，而不能 改变化学平衡的位置 Kr=ka/kd Kr不变，则ka、kd同时变化 催化剂不改变化学平衡，因此对正方向 有效的催化剂，对反方向反应也有效。
催化剂市场地域分布
美国
西欧
日本
其它
3.催化剂市场
市场的需求结构
2004年催化剂市场需求结构 10 21 2007年催化剂市场需求结构 22 21
22
20 27 30
27
炼油 石油化工 环保 聚合 精细化工中间体
炼油
化工
环保
聚合
4.催化技术研究和应用内容
更新原料路线，采用更廉价的原料（资源有效 利用） 革新工艺流程，促进新工艺过程的开发（发展 绿色清洁化工生产技术，走可持续发展的道路） 缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的（节 能） 开发新产品，提高产品的收率，改善产品的质 量（开发新产品） 消除环境污染（环境保护）
催化剂 功能特点 优点 不足 过程易于控制，设 催化机理复杂，难 备及操作简单，催 于在实验室研究清 化 剂 易 与 产 品 分 楚。 离，产品质量高， 催化剂耐热性好， 应用最广。 催化剂的分离、回 易于在实验室研究 收及再生困难，工 清楚，易于表征， 艺复杂，贵金属价 活性比多相催化剂 高，资源缺乏。催 高。 化剂热稳定性较 差。 具有高活性及高选 酶易变性失活，合 择性，反应条件温 成困难，工业应用 和，专一性强，可 较少。 自动调节活性。
结构型
电子型
晶格缺陷型
主催化剂
起催化作用的根本性物质，即催化 剂的活性组分， 如合成氨催化剂中 的Fe。
共催化剂
和主催化剂同时起作用的组分，如
脱氢催化剂Cr2O3-Al2O3中的Al2O3。 甲醇氧化的Mo-Fe催化剂中的Fe。
助催化剂
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，但可改变催化性能。如合成 氨催化剂中的Al2O3、K2O
催化剂的分类
按工艺和工程特点分类
◇多相固体催化剂 ◇均相配合物催化剂 ◇酶催化剂
国内外工业催化剂的分类
美国工业催化剂分类
国内外工业催化剂的分类
日本工业催化剂分类
国内外工业催化剂的分类
中国工业 催化剂分类
催化剂的化学组成和物理结构
多相固体催化剂的组成
多相固体催化剂
主催化剂 共催化剂 助催化剂 载体
酶的结构、性能与催化作用
酶是一种具有一定生理活性的功能蛋白质分子， 具有在温和条件下催化某些特定生物化学反应 的能力。 酶的存在状态：游离型和结合型 游离型主要存在于细胞中，以游离状态生活于 细胞质、线粒体中；或分散于血液、淋巴液中。 结合型主要存在于细胞内部，并与细胞壁、细 胞膜等结合在一起。
萌芽时期
几千年前（殷商）发酵法——酒、 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。 1811年，俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用，热的淀 粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉 水解生成糖。
萌芽时期
1835年，Berzelius首先 提出“催化作用” 1875年耶可布（Cjacob） 建立了以Pt为催化剂的 接触法生产硫酸的工业 方法，是化学工业的重 要进步。
均相配位络合物催化剂
络合催化：催化剂在反应过程中对反应物起络 合作用，并使之在配位空间进行催化的过程。
工业上典型的络合催化实例：
反应 C2H4+1/2O2→CH3CHO CH3OH+CO→CH3COOH
RCH=CH2+CO2+H2
催化剂 PdCl2-CuCl2-HCl RhCl(CO)(PPh3)2/CH3I
催化剂和催化作用 催化剂作用基本特征
催化剂分类
催化剂化学组成和物理结构
多相、均相和酶催化的功能特点
催化剂和催化作用
1835年，
Berzelius首先提出“催化作 用”概念。 1902年，W.Ostwald 定义催化作用： “加速反应而不影响化学平衡的作用” 文献：催化剂是一种能够改变化学反应 速度，而它本身又不参与最终产物的物 质。
催化剂的分类
根据化学键分类
金属键、离子键、配位键 按元素周期律分类 主族元素：单质、化合物、含氧酸 过渡元素：单质、离子
催化剂的分类
按催化剂组成及其使用功能分类
金属：加氢、脱氢、加氢裂解、（氧化） 半导体氧化物和硫化物：氧化、脱氢、脱
硫
绝缘体氧化物：脱水
酸：聚合、异构化、裂化、烷基化
催化剂的基本特征
催化剂对反应具有选择性
CH3OH Cu 260℃ 100巴 CnH2n+1OH Cu 碱助催化，高温高压 CO + H2 → CH4 Ni 250℃ 20巴 合成汽油 Fe 、Co、Ni 200℃ 1-20巴 环氧乙烷 Ag C2H4+O2→ 乙醛 PdCl2-CuCl2 醋酸 Pd/SiO2
第一章 工业催化剂概述
催化工业的形成和发展
催化剂在经济上的地位和作用
催化剂市场
若干术语和基本概念
1.催化工业的形成与发展
二十世纪以前（萌芽时期） 二十世纪初 （奠基时期） 二十世纪30~60年代（大发展时期） 二十世纪70年代以后（成熟时期） 二十一世纪，催化工业重点：生物催化剂、环 保催化剂（废气排放控制）、燃料电池（能源 生产）、催化新材料等。
载体
是活性组分的分散剂、粘合剂或支
撑物。一般为没有活性的惰性物质， 在催化剂中含量较高。 常用的载体有：高比表面的有活性 炭、硅胶、氧化铝；中等比表面的 有硅藻土、石棉；低表面的有：刚 玉、浮石等。
载体的作用
提供有效的表面和适宜的孔结构。 增强催化剂的机械强度，使催化剂
具有一定的形状。 改善催化剂的传导性。 减少活性组份的含量
催化剂作用的基本特征
催化剂只能加速热力学上可能进行的化 学反应 催化剂只能改变化学反应速度，而不能 改变化学平衡的位置 催化剂对反应具有选择性 催化剂具有寿命
催化剂的基本特征
催化剂只能加速热力学上可能进行的化 学反应 △G<0
A→B
r=kCA k=k0exp(-E/RT)
催化剂的基本特征
催化剂和催化作用
催化循环
A
B
separation
P
catalyst
bonding
A B
catalyst
reaction
catalyst
P
Ethylene Hydrogenation
C2H4 + H2 C2H6
Nickel
Ni
Nickel
Nickel
Nickel
Nickel
Adsorption – Surface Reaction – Desorption
催化剂（Catalyst）
IUPAC于1976年提出的催化作用的定义： 催化作用是一种化学作用，是靠用量极少 而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加 物质来加速化学反应的现象。 IUPAC于1981年提出的催化剂的定义： 催化剂是一种物质，它能加速反应的速率 而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。 涉及催化剂的反应称催化反应。
酶的结构、性能与催化作用
酶催化剂与化学催化剂比较，有以下特点： 活性高。 选择性高。 反应条件温和。 典型的配位催化作用机理。 可以随意调节活性。 易于修饰的活性位结构
酶催化剂的应用
应用领域：化工、饲料、皮革、造纸、纺织、 酿造。 酶催化剂具有手性结构，是不对称合成的最佳 催化剂组分，在药物合成领域有非常广阔的应 用前景。
催化剂的基本特征
●催化剂具有寿命
催化剂在使用过程中会失去活性 原因:中毒、积碳、烧结、组分流失等
催化剂的分类
根据聚集状态的分类
根据化学键分类
按元素周期律分类
按催化剂组成及其使用功能分类
按工艺与工程特点分类
国内外工业催化剂分类法
催化剂的分类
根据聚集状态的分类 固体 气相 催化剂： 液体 反应物： 液相 气体 固相 气固 Fe催化合成氨 气液 磷酸催化烯烃聚合反应 液固 金催化过氧化氢分解 气液固 钯催化硝基苯加氢合成苯胺