最新催化剂基础详解教学讲义ppt
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催化剂与催化作用基本.ppt
1.2.2 催化剂分类
• 1. 按元素周期律分类 • 主族元素：用做催化剂的主族元素多以化合物形式存
在。主族元素的氧化物、氢氧化物、卤化物等由于在 反应中容易形成离子键，主要用做酸碱型催化剂。
• 副族元素：无论是金属单质还是化合物，由于在反应 中容易得失电子，主要用做氧化还原型催化剂。特别 是第Ⅷ过渡族金属元素和它的化合物是最主要的金属 催化剂、金属氧化物催化剂和络合物催化剂。
• 如：烯烃与质子酸作用： CH2=CH2 + HA = H3C-CH2+ +A-（质子转移的结果）
•
烯烃若与路易斯酸作用也可生成正碳离子，它是通过形成π键合物并进一步
异裂为正碳离子，反机理可认为是催化剂与反应物分子间通过单个电 子转移，形成活性中间物种进行催化反应。
2. 按反应类型进行分类
这种分类方法不是着眼于催化剂，而是着眼于化学反应。因 为同一类型的化学反应具有一定共性，催化剂的作用也具有 某些相似之处，这就有可能用一种反应的催化剂来催化同类 型的另一反应。
3. 按反应机理进行分类
• （1）酸碱型催化反应：其机理可认为是催化剂与反应物分子之间通过电子对的 授受而配位，后者发生强烈极化，形成离子型活性中间物种进行的催化反应。
• 如：SO2和O2在催化剂NO作用下氧化为SO3的催化反应。
• （2）非均相（又称多相）催化反应：指反应物和催化剂居于不同相态 的反应。（扩散的影响）
• 如：乙烯与氧在负载银的固体催化剂上氧化生成环氧乙烷的反应。
• （3）酶催化反应：其特点是催化剂酶本身是一种胶体，可以均匀地分 散在水溶液中，对液相反应物而言可认为是均相催化反应；但在反应时 反应物却需在酶催化剂表面上进行积聚，由此而言可认为是非均相催化 反应。因此，酶催化反应同时具有均相和非均相反应的性质。
催化剂导论PPT课件
3.×，起加速反应作用而又不改变该反应的标
4.
准Gibbs自由焓变化的物质是催化剂。
4. √
5. ×，催化剂参与化学反应过程
6. √
7. √
8. ×，由盐溶液共沉淀法制备氢氧化物时,部
分氢氧化物沉淀的PH可值编辑都课件 大于7
19
二、在下列各题叙述中选择你认为正确的答案
1．下列分子筛中择形性突出的为： D
可编辑课件
7
第五节 离子交换法
1. 分子筛的合成
2. 分子筛的分类
3.
A、X、Y、ZSM-5等
3. Si/Al比与分子筛的稳定性关系
4.
第六节 催化剂成型
5. 压片、挤条、油可编辑中课件 、转动成型
8
第三章 催化剂性能的评价、 测试和表征
1.催化反应动力学研究的意义和作用
催化动力学研究的一个重要目标是为所研 究的催化反应提供数学模型，帮助弄清催 化反应机理。
知道NaY的结晶度）？ （5）你估计图示该工艺中制备NaY的导向剂是何物质？ （6）如何将制得的NaY原粉做成球型催化剂？
可编辑课件
26
答： （1）将水玻璃，硫酸铝，偏铝酸钠按合适比例与一定 量导向剂混合，搅拌使成胶，在一定温度下晶化一定时 间后，过滤洗涤除去硫酸根等，干燥即制得NaY原粉 （2）影响晶化的因素主要是：晶化温度、晶化时间、 原料配比及其碱度。通过单因素实验，正交与均匀设 计实验等，即可确定这些因素的较佳值。 （3）导晶沉淀法 （4）通过X射线粉末衍射即可测定NaY的晶化程度 （5）NaY晶种（P52：化学组成、结构类型与分子 筛相类似的、具有一定粒度的半晶化分子筛）。 （6）成球机成型；胶溶后，油柱成型。
催化剂工程导论
第二章催化作用与催化剂解析PPT课件
水蒸气与铁作用生成无活性的氧化铁。干燥反应器 就能使催化剂活性恢复 。
.
30
• 不可逆中毒：不可以再生，永久的中毒。
例：① 合成氨反应混合气中，若有H2S H2S与铁反应生成硫化铁很稳定，催化剂不易复转。
② 铂重整的 砷 使铂 永久中毒。 ➢ 毒物 • 金属催化剂的毒物 ❖ Ⅴ族和Ⅵ族具有共享电子对的非金属化合物的元素。
第二章 催化作用与催化剂
.
1
2.1 催化作用的定义与特征 一、定义
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
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。
催化作用是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体 地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激 发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
负载型催化剂 ：
将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的
催化剂
① 乙烯 — 环乙烷 Ag /α－Al2O3
② 丙烯气相氧化丙烯醛反应
反应特点： 丙烯
[O] Cat
丙烯醛
对Cat要求： 提供足够表面；
具有气体分子输送的粗孔道
.
6
(2) 分类
常用载体类型
载体 低比表面
比表面 （㎡/g）
刚玉
0~1
比孔容 （ml/g）
0.2~0.3 0.5~0.9
0.25 0.3~0.5
0.3 0.4~4.0 0.3~2.0
7
➢ 高熔点载体
类别 碱性
两性
氧化物 MgO CaO Ca2SiO4 BaO Ca3SiO5 ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3
.
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• 不可逆中毒：不可以再生，永久的中毒。
例：① 合成氨反应混合气中，若有H2S H2S与铁反应生成硫化铁很稳定，催化剂不易复转。
② 铂重整的 砷 使铂 永久中毒。 ➢ 毒物 • 金属催化剂的毒物 ❖ Ⅴ族和Ⅵ族具有共享电子对的非金属化合物的元素。
第二章 催化作用与催化剂
.
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2.1 催化作用的定义与特征 一、定义
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
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。
催化作用是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体 地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激 发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
负载型催化剂 ：
将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的
催化剂
① 乙烯 — 环乙烷 Ag /α－Al2O3
② 丙烯气相氧化丙烯醛反应
反应特点： 丙烯
[O] Cat
丙烯醛
对Cat要求： 提供足够表面；
具有气体分子输送的粗孔道
.
6
(2) 分类
常用载体类型
载体 低比表面
比表面 （㎡/g）
刚玉
0~1
比孔容 （ml/g）
0.2~0.3 0.5~0.9
0.25 0.3~0.5
0.3 0.4~4.0 0.3~2.0
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➢ 高熔点载体
类别 碱性
两性
氧化物 MgO CaO Ca2SiO4 BaO Ca3SiO5 ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3
催化剂与催化动力学基础.ppt
A2 2
ka
kd
2 A
ra ka PAV2 ka PA (1 A )2
rd
kd
2 A
ka PA (1 A )2
kd
2 A
A
1
K A PA K A PA
V Vm
（5-6） （5-7）
两种或两种以上吸附质被吸附的过程
A
kaA
A
kdA
B
kaB
B
kdB
raA rdA kaAPAV kdAA
⑥ 溶蚀法 如加氢、脱氢用的著名催化剂骨架 镍。
⑦ 热熔法 即将主催化剂及助催化剂组份放在 电炉内熔融后．再把它冷却和粉碎到需要的尺 寸，如合成氨用的熔铁催化剂。
此外还有热解法(如将草酸镍加热分解成高活性 的镍催化剂)等等催化剂的制备方法。
5.1.3 催化剂的性能
工业催化剂所必备的三个主要条件： ① 活性好 催化剂的活性指的是催化剂对原料的转化能力。它 主要取决于两个方面：组成和制作过程。 ② 选择性高 ③ 寿命长 催化剂的寿命指的是催化剂正常使用的时间。影响 其寿命（失活）的主要因素有：催化剂的热稳定性、 抗毒性和机械稳定性。
（5-8）
B
1
KB PB K APA KB PB
i
Ki Pi
1 Ki Pi
（5-9）
（2）弗朗德利希Freundlich型吸附等温线方程
弗朗德利希型吸附等温式是朗格缪尔型的一种改进型。它是假定 吸附热随覆盖度的增加成幂数关系下降而导出的。
q q0 a ln
ra
ka
PA
A
rd
kd
A
（5-10/11）
A
ka
A
kd
《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
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催化剂课件
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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
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多种形式
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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)。
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
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• 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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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
Au
131
Pt
—
—
80
I2 蒸汽
对催化作用的诠释 :
(5) 存在催化循环 (6) 催化剂用量少且不消耗。
（7）不影响化学计量方程式。
（8） 反应速度(mol/s)与催化剂用量成正比。
（9） 反应后催化剂有微小变化。
对催化作用的诠释 :
（10） 加速反应但不参与反应者不是催化剂。
（11） 引发剂不是催化剂。 （12） 催化剂是物体形式的物质。
得率 = (生成的目的产物质量) / (某反应物的起始质量) 100%
得率 = 转化率 选择性 100% (4) 空速和接触时间
空速 = (反应混合物流量) / (催化剂体积或质量) 接触时间 = 1 / 空速
催化剂活性评价的几个重要参数 (续) :
(5) 反应速率 反应速率 = 单位质量 (体积或比表面积) 的催化剂上在单
另一种说法，催化剂参与化学反应。在一个总的化学反应 中，催化剂的作用是降低该反应发生所需要的活化能，本 质上是把一个比较难发生的反应变成了两个（或者更多） 更容易发生的化学反应。在这两个反应中，第一个反应中 催化剂扮演反应物的角色，第二个反应中催化剂扮演生成 物的角色，所以说从总的反应方程式上来看，催化剂在反 应前后没有变化。
催化剂基础详解
催化基本概念
对催化作用的定义 :
（1） 催化是靠用量较少且本身不消耗的一种叫催化剂 的外加物质来增大化学反应速度的现象。 （2） 催化剂提供了把反应物和产物连接起来的一系列 基元步骤。 （3） 没有催化剂时，是不发生这些过程的。 （4） 催化剂的存在使反应按新的途径进行从而增大反 应速度。 （5） 催化剂参与反应，经过一个化学循环后再生出来。
石 油：提高原油利用率 天然气：合成液体燃料(合成油、甲醇、
二甲醚) 煤 ：间接液化制液体燃料 生物质：燃料
对催化作用的诠释 :
（1） 只加速热力学可行的反应（G0 0）。 （2） 不影响平衡常数（G0 = RT lnKa） 。 （3） k正与k逆有相同倍数变化（k正/k逆不变）。 （4） 改变反应途径，降低反应活化能。
催化作用的意义
催化剂的应用领域 （1）合成氨及合成甲醇: 产量最大的合成化学品 （2）石油炼制与合成燃料：运输量和消费量最大的化 （3）无机化学工业：硫酸和硝酸的生产 （4）基本有机合成工业：醇、醛（酮）、酸、酯、腈 （5）三大合成材料：合成树脂与塑料、合成橡胶、合成
纤维 （6）精细化工产品：品种最多、平均单价高的化学品 （7）生物化工：最有潜力和发展前景的化工领域 （8）环境化学：与人类生存密切相关的领域，尾气净化
有苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、 三氯乙烷、二异氰酸酯（TDI）、二异氰甲苯酯等。 工 业 排 放 NOx：催化还原→N2 机 动 车 尾 气：
三效催化剂(CO、NOx、CHx) CO2、N2、H2O+CO2 化工过程的绿色化： 催化剂的应用
无毒催化剂代替有毒催化剂
➢ 能源开发、利用
活化能
催化剂的作用
➢ 85%以上的化工产品是借助催化剂生产 的
无机化工：合成氨、硝酸、硫酸 有机化工：甲醇、醋酸、丙酮 高分子化工：三大合成材料 (合成树脂、合成橡胶、合成纤维) 石油炼制与化工：汽油、柴油（裂化、重整）
➢ 环境保护
挥发性有机组分(VOCs)：催化燃烧 常温下，沸点50℃—260℃的各种有机化合物。最常见的
ΔG= - RT InKp
化学平衡常数Kp的大小取决于反应温度T和ΔG，
而ΔG是状态函数，与过程无关。
催化剂的特征
催化剂参与化学反应 ：通过改变反应历程、降 低活化能而改变反应速度（催化作用机理）
能加快化学反应的速度，也能减慢化学反应的 速度
催化剂对反应的类型、方向及产物的结构具有 选择性
一种催化剂只对特定的化学反应起催化作用 如SiO2-Al2O3催化剂对酸碱反应具有催化作用，
位时间内某反应物的摩尔改变量 (6) 寿命
从开始使用到活性下降至一定值所经历的时间。 (催化剂中毒，比表面积降低，催化剂变质，碳沉积， 流失，破碎等等)
催化剂构成与作用
活性组分或主催化剂 催化活性 包括：
金属 金属氧化物 复合氧化物 金属硫（碳、氮、卤）化物
A+C→AC AC+B→AB+C
催化剂的定义
在化学反应里能改变（加快或减慢）其他物质的化学反应 速率，而本身的质量和化学性质在反应前后（反应过程中 会改变）都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。
其物理性质可能会发生改变，例如MnO2在催化氯酸钾生 成氯化钾和氧气的反应前后由块状变为粉末状。