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最新催化剂基础详解教学讲义ppt
石油
第一章 绪
1.1.1催化作用的意义
催化剂的定义与特征
催化剂的定义
能改变化学反应的速度 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地消耗
催化剂的特征
只能改变热力学上可进行的化学反应
只改变化学反应的速度，而不改变化学平衡的 位置。
第一章 绪论
1.1.1催化作用的意义
合成氨
• N2+3H2→3NH3 • 催化剂：Fe-Al2O3-K2O • 每吨催化剂可产2万吨氨
• N2来源：空气分离 • H2来源: 烃类水蒸气转化法。 • 工艺（涉及反应）：加氢、脱硫、转化、
变换、甲烷化、氨合成。需用八种不同
催化剂
第一章 绪论
1.1.1催化作用的意义
对催化作用的诠释(续) :
非催化反应和催化反应的活化 能（kJ/mol）
反应 2HI H2 + I2
E (非催化) 184
2N2O2N2+ O2 245
(C2H5)2O 热解 224
E ’ (催化)
— 105 59 — 121 134
— 144
E = E E ’ 催化剂
—
—
79
Au
125
Pt
但对合成氨反应却无效 利用不同的催化剂，可以使反应有选择性地朝
某一个需要的方向进行，生产所需的产品。
催化剂活性评价的几个重要参数
(1) 转化率或活性 转化率 = (反应物已转化的质量) / (反应物起始质量)
100% (2) 选择性
反选应择物性转化= 的(转总化质为量目) 的 1产00物%所消耗的某反应物质量) / (某 (3) 得率或产率
—
—
124
催化剂课件
催化剂的作用机理分类）
均相或多相催化反应 1.岐化反应 2.水解 I.酸碱反应 3.裂解 4.异构
酶催化反应 1.转移酶 2.水解酶 3.裂解酶 4.异构酶
5.烷基化（水合）
II.氧化还原 6.氧化还原 a.加氢脱氢 b.氧化还原
5.连接酶（合成酶）
② 酸碱催化反应：通过催化剂和反应物的自由电子对（或在反 应过程中由反应物分子的键非均裂形成的自由电子对），使反 应物与催化剂形成非均裂键。 • 这类反应属于离子型机理，可从广义的酸碱概念来理解催化剂 的作用，它的催化剂有主族元素的简单氧化物或它们的复合物 以及有酸碱性质的盐。 • 这类催化反应包括水合、脱水、裂化、烷基化、异构化、气化、 聚合等。 ③ 配位催化反应：催化剂与反应物分子发生配位作用而使反应 物分子活化。所用的催化剂是有机过渡金属化合物。 • 这类反应由烯烃氧化、烯烃聚合、烯烃加氢、烯烃加成、烷烃 氧化、芳烯氢化、酯交换等。有的催化过程包含了两种或两种 以上具有不同反应机理的反应。
催化反应 消耗量/亿美元 催化反应 消耗量/亿美元
聚合 有机合成
47.2 17.0
催化裂化 加氢处理 加氢裂化
51.2 15.0 8.2
氧化，氨氧化等 11.0
合成氨，甲醇等 13.0
催化重整
排污控制
4.3
80.9
加氢，脱氢
8.0
催化剂市场
• • • • • • • • 全球催化剂销售额（美元） 1985年11.0亿 180 1990年25.08亿 160 1995年85.0亿 140 120 1996年90.0亿 100 80 2000年100.0亿 60 2003年115.0亿 40 20 2009年155.4亿
（2）多相催化反应：当催化剂和反应物处于不同相时，反应 称为多相催化反应(heterogenous catalysis reaction)。
均相或多相催化反应 1.岐化反应 2.水解 I.酸碱反应 3.裂解 4.异构
酶催化反应 1.转移酶 2.水解酶 3.裂解酶 4.异构酶
5.烷基化（水合）
II.氧化还原 6.氧化还原 a.加氢脱氢 b.氧化还原
5.连接酶（合成酶）
② 酸碱催化反应：通过催化剂和反应物的自由电子对（或在反 应过程中由反应物分子的键非均裂形成的自由电子对），使反 应物与催化剂形成非均裂键。 • 这类反应属于离子型机理，可从广义的酸碱概念来理解催化剂 的作用，它的催化剂有主族元素的简单氧化物或它们的复合物 以及有酸碱性质的盐。 • 这类催化反应包括水合、脱水、裂化、烷基化、异构化、气化、 聚合等。 ③ 配位催化反应：催化剂与反应物分子发生配位作用而使反应 物分子活化。所用的催化剂是有机过渡金属化合物。 • 这类反应由烯烃氧化、烯烃聚合、烯烃加氢、烯烃加成、烷烃 氧化、芳烯氢化、酯交换等。有的催化过程包含了两种或两种 以上具有不同反应机理的反应。
催化反应 消耗量/亿美元 催化反应 消耗量/亿美元
聚合 有机合成
47.2 17.0
催化裂化 加氢处理 加氢裂化
51.2 15.0 8.2
氧化，氨氧化等 11.0
合成氨，甲醇等 13.0
催化重整
排污控制
4.3
80.9
加氢，脱氢
8.0
催化剂市场
• • • • • • • • 全球催化剂销售额（美元） 1985年11.0亿 180 1990年25.08亿 160 1995年85.0亿 140 120 1996年90.0亿 100 80 2000年100.0亿 60 2003年115.0亿 40 20 2009年155.4亿
（2）多相催化反应：当催化剂和反应物处于不同相时，反应 称为多相催化反应(heterogenous catalysis reaction)。
《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
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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
催化剂PPT课件
1．主催化剂 主催化剂又称为活性组分，它是多元催化剂的主体， 是必备的组分，没有它就缺乏所需的催化作用。
V2O5是SCR商用催化剂中最主要的活性组分。钒的 负载量可能不尽相同，在SCR系统中负载量不能太 大，这主要是因为V2O5也能将SO2氧化成SO3，这 对SCR反应是不利的。
2．助催化剂 助催化剂是加入催化剂中的少量物质，这种物质本 身没有活性或活性很小，但却能显著地改善催化剂 的效能，包括催化剂活性、选择性和稳定性等。
采用的一种再生方法。通过将催化剂孔隙中的 含碳沉积物氧化为CO和CO2除去，即可恢复催 化活性。影响烧炭反应的主要因素是氧分压。 当催化剂上积炭量一定时，烧炭的最高温升取 决于输入氧的浓度。烧炭的初始阶段宜采用低 浓度氧气，其后才能逐渐将其浓度提高到一定 的范围。
（2）补充组分法 对于那些因组分流失而失活的催化剂，最适宜
2.加装备用层催化剂。大部分的燃煤电厂脱硝SCR 系统都设计成多层催化剂，多层催化剂在催化剂的 寿命管理和系统性能表现方便更具有灵活性。即便 单层催化剂便能够达到初始的性能要求，反应器的 设计也应考虑至少具备一层附加层。
3.在机组停运检修时，须防止雨水或锅炉冲洗水等 湿气进入催化剂，一般保持脱硝反应器内湿度低于 70%，当湿度较大时，建议在反应器内通入干燥的 压缩空气或放入干燥剂，也可以在反应器下部安装 除湿机，保持反应器内的干燥环境，避免催化剂活 性降低。
（3）机械稳定性：固体催化剂抵抗气流产生的冲击力、摩 擦力、承受上层催化剂的质量负荷的作用、温度变化作用 及变应力作用的能。
（4）化学稳定性：指催化剂能保持稳定的化学组成和化合 状态的性能。
工业催化剂的使用寿命：是指在给定的设计操作条件下， 催化剂能满足工艺设计指标活性的持续时间(总寿命)。
PPT模板催化剂PPT课件教学用途汽车催化剂
关，但 r ∝ Mcat – 参加反应后催化剂有微小变化 – 能量转移使反应加速非催化作
用（催化剂是一种物质实体） – 均相反应溶剂效应非催化作用 – 引发剂非催化剂
log k
非催化反应 催化反应
可测范围
1/T Arrhenius 图
½ O2
Cu
H2O
CuO
H2
H2 + ½ O2 = H2O
2、催化反应与催化剂分类
合成甲醇催化剂：Cu - ZnO - Al2O3
Cu
ZnO
ZnO 为结构助催化剂（阻隔Cu 微晶长大）
➢ 电子助催化剂：改变活性组分的电子结构，从而影响反应分子的化学吸 附和反应活化能，提高催化活性和选择性
氨合成催化剂：Fe - K2O - Al2O3 K2O 为电子助催化剂（过渡元素Fe有d空轨道，电子授体K2O将 电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，改变N ≡N 的 π键合， 离解能大大下降）
对载体改性：
➢ 选择性助催化剂（抑制不希望的副反应）
轻油蒸汽转化（CnHm+H2O=CO+H2）：Ni -K2O / Al2O3 K2O为选择性助催化剂（中和载体表面酸性，抑制结炭）
➢ 提高载体的热稳定性
- Al2O3（表面积大）于700 oC时，易转变为- Al2O3（表面积小）； 若加入SiO2 或 ZrO2 （仅1~ 2%），就可显著提高相变温度
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
➢ 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
• 其他基本概念
– 催化作用的体现：给定温度下 提高速率；降低达到给定转化 率所需温度
– 催化是一个循环过程（催化循 环）
用（催化剂是一种物质实体） – 均相反应溶剂效应非催化作用 – 引发剂非催化剂
log k
非催化反应 催化反应
可测范围
1/T Arrhenius 图
½ O2
Cu
H2O
CuO
H2
H2 + ½ O2 = H2O
2、催化反应与催化剂分类
合成甲醇催化剂：Cu - ZnO - Al2O3
Cu
ZnO
ZnO 为结构助催化剂（阻隔Cu 微晶长大）
➢ 电子助催化剂：改变活性组分的电子结构，从而影响反应分子的化学吸 附和反应活化能，提高催化活性和选择性
氨合成催化剂：Fe - K2O - Al2O3 K2O 为电子助催化剂（过渡元素Fe有d空轨道，电子授体K2O将 电子传给Fe，使Fe原子的电子密度增加，改变N ≡N 的 π键合， 离解能大大下降）
对载体改性：
➢ 选择性助催化剂（抑制不希望的副反应）
轻油蒸汽转化（CnHm+H2O=CO+H2）：Ni -K2O / Al2O3 K2O为选择性助催化剂（中和载体表面酸性，抑制结炭）
➢ 提高载体的热稳定性
- Al2O3（表面积大）于700 oC时，易转变为- Al2O3（表面积小）； 若加入SiO2 或 ZrO2 （仅1~ 2%），就可显著提高相变温度
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
➢ 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
• 其他基本概念
– 催化作用的体现：给定温度下 提高速率；降低达到给定转化 率所需温度
– 催化是一个循环过程（催化循 环）
催化剂环保新技术课堂PPT
（缝隙容积、过度扫气）
控制方法：
改善发动机的工作条件和控制系统
——电控喷气•. 技术
•16
6.4 电动汽车
电动汽车——零污染汽车
主要解决蓄电池的回收利用
电动汽车按驱动方式分类：
直接驱动电动汽车、混合动力电动汽车、燃料电池 电动汽车
•.
•17
6.4.1 电动汽车原理与结构
驱动原理相似
•.
•18
6.4.2 混合动力汽车（HEV）
混合动力汽车 ——在一辆汽车上同时配备电力驱动系统和辅助
动力单元（燃烧某种燃料的原动机或者由原动 机驱动的发电机组）
按照混合动力的连接方式分类： 串连式、并联式、混合式
•.
•19
（1）串连式驱动系统 （电传动汽车）
平衡功率
•.
•20
串连式混合动力汽车的性能特点：
1、发动机工作状态不受汽车行驶工况影响 2、电池进行“调峰”作用，发动机功率要求小 3、发动机选择范围大，可选用高速原动机 4、整车的结构布置自由度大 5、需要足够大功率的发电机和电动机 6、需要比较大容量的电池 7、转换过程能量损失，发动机能量利用率比较低
1、对催化剂要求极高 2、柴油机排气温度低于汽油机排温 3、柴油机排气含SOx和微粒，催化剂容易中毒
办法：
1、添加HC等还原剂 2、研制受氧的影响小的还原催化剂
•.
•13
柴油机NOx后处理方法：
1、选择性非催化还原（SNCR） 2、选择性催化还原（SCR） 3、非选择性催化还原（NSCR） 4、吸附还原催化剂（Obsorb Redution）
•.
•25
（1）氢燃料电池
阳极：氢燃料 阴极：氧化剂
质子交换膜：
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
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关，但 r ∝ Mcat – 参加反应后催化剂有微小变化 – 能量转移使反应加速非催化作
用（催化剂是一种物质实体） – 均相反应溶剂效应非催化作用 – 引发剂非催化剂
log k
非催化反应 催化反应
可测范围
1/T Arrhenius 图
½ O2
Cu
H2O
CuO
H2
H2 + ½ O2 = H2O
2、催化反应与催化剂分类
氨合成催化剂：Fe - K2O - Al2O3 Fe 为主催化剂
使用前：Fe3O4 和 FeAl2O4 使用时： α - Fe
– 主剂成分
➢ 一种物质组成： 乙 烯
➢ 多种物质组成： 丙烯氨
环氧乙烷 丙烯腈
Ag MoO3-Bi2O3
协同催化剂 （cocatalyst）：
➢ 对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这 些副反应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
三聚乙醛解聚（三聚乙醛 乙醛，60.5 ℃）
△G催化 = △G非催化
催化剂 催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量
SO2 SO2 SO2 ZnSO4 HCl 草酸 磷酸 平均
0.02 0.063 0.079
2.7 0.15 0.52 0.54
8.19 8.34 8.20 8.13 8.15 8.27 8.10 8.19
按反应机理进行分类
酸碱型催化反应
反应机理：催化剂与反应物分 子之间通过电子对的授受而配 位，或者发生强烈极化，形成 离子型活性中间物种
氧化还原型催化反应
反应机理：催化剂与反应物分 子间通过单个电子转移，形成 活性中间物种
催化剂分类：
按聚集状态分类
反应类别 均 相
非 均 相
催化剂状态 气 液 固
液
固
固
固 固 固
反应物状态 气 液 固
气
气
液
气+液 气+固 液+固
实例
NO催化SO2氧化为SO3 硫酸催化乙酸与乙醇酯化
PdCl2-CuCl2水溶液催化乙 烯与氧气反应成乙醛
负载型钯催化乙炔选择加氢 Ziegler-Natta催化剂催化丙
烯聚合 贵金属催化硝基苯加氢
按催化剂组成及使用功能分类
按催化剂制备方式分类
➢ Bulk catalyst and support ➢ Supported catalyst
3、催化剂的基本组成
多相催化中，除用于加氢反应的雷尼Ni 等少数单组分催化剂外，大部分都是多 组分催化剂！
活性组分： 金属 金属氧化物或硫化物 复合氧化物 固体酸、碱、盐等
主要功能：活性
催化剂
载体： 高熔点氧化物 硅胶、粘土、活性炭等
模板,催化剂课件,教学用途 ,汽车催化剂
第一章 催化剂与催化作用(Catalyst and Catalysis)
• 催化剂及催化作用的定义与特性 • 催化反应与催化剂分类 • 催化剂的基本组成 • 催化剂的反应性能 • 对工业催化剂的要求
• 催化剂的基本特性
– 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置（平衡常数）
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）
注意：实际工业上催化正、逆反应，往往选用不同催化剂！
➢ 对某一催化反应进行正、逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成 ）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。如，反应温 度高易引起金属催化剂晶粒变大，导致活性随反应时间延长而迅速下 降；反应压力高会引起催化剂表面吸附物种数量增加，导致催化剂活 性和选择性发生变化
烯与氧气反应成乙醛
按反应类型进行分类
反应类型 加氢 脱氢 氧化
羰基化 聚合 卤化 裂解 水合
烷基化，异构化
常用催化剂 Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)6,PdCl(PPh3)3 CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3 AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛,活性白土 H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛,离子交换树脂 H3PO4/硅藻土,AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛
催化反应分类： 按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相（多相）催 化反应
酶催化反应
反应物和催化剂处于 同一相态中 （均为气相或液相）
（无传质问题）
反应物和催化剂处 于不同相态中
（气固、液固、气 液固、气液） （存在传质问题）
同时具有均相和非 均相反应的性质
（活性、选择性极 其高）
反应类别 均 相
非 均 相
催化剂状态 气 液 固
固
固
液
液体酸碱、 可溶性过渡金属化合物（盐类和配合物）
反应物状态 气 液 气
液
气+液 气
实例
NO催化SO2氧化为SO3 硫酸催化乙酸与乙醇酯化
负载型钯催化乙炔选择加氢 Ziegler-Natta催化剂催化丙
烯聚合 贵金属催化硝基苯加氢 PdCl2-CuCl2水溶液催化乙
主要功能： 高表面积、多孔性、 机械强度、热稳定性、 双功能（附加活性中心）
助催化剂
助催化剂： 金属、非金属等 主要功能： 对活性组分/载体改性
➢ Bulk catalyst ➢ Supported catalyst
• 主催化剂（活性组分，Active components ）
– 催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质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
➢ 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
• 其他基本概念
– 催化作用的体现：给定温度下 提高速率；降低达到给定转化 率所需温度
– 催化是一个循环过程（催化循 环）
– 催化剂用量很少且不消耗 – 化学计量方程式与催化剂量无
用（催化剂是一种物质实体） – 均相反应溶剂效应非催化作用 – 引发剂非催化剂
log k
非催化反应 催化反应
可测范围
1/T Arrhenius 图
½ O2
Cu
H2O
CuO
H2
H2 + ½ O2 = H2O
2、催化反应与催化剂分类
氨合成催化剂：Fe - K2O - Al2O3 Fe 为主催化剂
使用前：Fe3O4 和 FeAl2O4 使用时： α - Fe
– 主剂成分
➢ 一种物质组成： 乙 烯
➢ 多种物质组成： 丙烯氨
环氧乙烷 丙烯腈
Ag MoO3-Bi2O3
协同催化剂 （cocatalyst）：
➢ 对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也是值得注意的，因为这 些副反应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
三聚乙醛解聚（三聚乙醛 乙醛，60.5 ℃）
△G催化 = △G非催化
催化剂 催化剂在反应体系中含量 达到平衡时的体积增量
SO2 SO2 SO2 ZnSO4 HCl 草酸 磷酸 平均
0.02 0.063 0.079
2.7 0.15 0.52 0.54
8.19 8.34 8.20 8.13 8.15 8.27 8.10 8.19
按反应机理进行分类
酸碱型催化反应
反应机理：催化剂与反应物分 子之间通过电子对的授受而配 位，或者发生强烈极化，形成 离子型活性中间物种
氧化还原型催化反应
反应机理：催化剂与反应物分 子间通过单个电子转移，形成 活性中间物种
催化剂分类：
按聚集状态分类
反应类别 均 相
非 均 相
催化剂状态 气 液 固
液
固
固
固 固 固
反应物状态 气 液 固
气
气
液
气+液 气+固 液+固
实例
NO催化SO2氧化为SO3 硫酸催化乙酸与乙醇酯化
PdCl2-CuCl2水溶液催化乙 烯与氧气反应成乙醛
负载型钯催化乙炔选择加氢 Ziegler-Natta催化剂催化丙
烯聚合 贵金属催化硝基苯加氢
按催化剂组成及使用功能分类
按催化剂制备方式分类
➢ Bulk catalyst and support ➢ Supported catalyst
3、催化剂的基本组成
多相催化中，除用于加氢反应的雷尼Ni 等少数单组分催化剂外，大部分都是多 组分催化剂！
活性组分： 金属 金属氧化物或硫化物 复合氧化物 固体酸、碱、盐等
主要功能：活性
催化剂
载体： 高熔点氧化物 硅胶、粘土、活性炭等
模板,催化剂课件,教学用途 ,汽车催化剂
第一章 催化剂与催化作用(Catalyst and Catalysis)
• 催化剂及催化作用的定义与特性 • 催化反应与催化剂分类 • 催化剂的基本组成 • 催化剂的反应性能 • 对工业催化剂的要求
• 催化剂的基本特性
– 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置（平衡常数）
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）
注意：实际工业上催化正、逆反应，往往选用不同催化剂！
➢ 对某一催化反应进行正、逆反应的操作条件（温度、压力、进料组成 ）往往会有很大差别，这对催化剂可能会产生一些影响。如，反应温 度高易引起金属催化剂晶粒变大，导致活性随反应时间延长而迅速下 降；反应压力高会引起催化剂表面吸附物种数量增加，导致催化剂活 性和选择性发生变化
烯与氧气反应成乙醛
按反应类型进行分类
反应类型 加氢 脱氢 氧化
羰基化 聚合 卤化 裂解 水合
烷基化，异构化
常用催化剂 Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)6,PdCl(PPh3)3 CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3 AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2 SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子筛,活性白土 H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子筛,离子交换树脂 H3PO4/硅藻土,AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子筛
催化反应分类： 按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相（多相）催 化反应
酶催化反应
反应物和催化剂处于 同一相态中 （均为气相或液相）
（无传质问题）
反应物和催化剂处 于不同相态中
（气固、液固、气 液固、气液） （存在传质问题）
同时具有均相和非 均相反应的性质
（活性、选择性极 其高）
反应类别 均 相
非 均 相
催化剂状态 气 液 固
固
固
液
液体酸碱、 可溶性过渡金属化合物（盐类和配合物）
反应物状态 气 液 气
液
气+液 气
实例
NO催化SO2氧化为SO3 硫酸催化乙酸与乙醇酯化
负载型钯催化乙炔选择加氢 Ziegler-Natta催化剂催化丙
烯聚合 贵金属催化硝基苯加氢 PdCl2-CuCl2水溶液催化乙
主要功能： 高表面积、多孔性、 机械强度、热稳定性、 双功能（附加活性中心）
助催化剂
助催化剂： 金属、非金属等 主要功能： 对活性组分/载体改性
➢ Bulk catalyst ➢ Supported catalyst
• 主催化剂（活性组分，Active components ）
– 催化剂的主要成分，起催化作用的根本性物质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
➢ 只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡位置
催化剂不能做什么？
• 其他基本概念
– 催化作用的体现：给定温度下 提高速率；降低达到给定转化 率所需温度
– 催化是一个循环过程（催化循 环）
– 催化剂用量很少且不消耗 – 化学计量方程式与催化剂量无