工业催化PPT教学课件
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工业催化-第五章金属催化剂及其催化过程ppt课件
n 内部缺陷的存在引起晶格的畸变(1)空 位；(2)间隙质点；(3)杂质。
39
线缺陷
n 线缺陷是指一排原子发生位移，又称位错； n 位错有两种类型，即边位错和螺旋位错
40
晶格缺陷和金属催化的“超活性”
n 一般金属催化剂中点缺陷和位错同时存 在。这种晶格缺陷对催化剂活性有一定 的影响。
n 如将冷轧处理的金属镍催化剂用于苯加 氢生成环己烷时，活性增加很多，而经 退火处理的镍催化剂催化活性降低。
第五章 金属催化剂及其催化作用
n 本章主要内容：
n 金属表面的化学键 n 金属表面的几何构造 n 晶格缺陷与多相催化 n 金属催化剂催化活性的经验规则 n 负载型金属催化剂的催化活性
n 金属—载体间的相互作用 n 结构敏感与非敏感反应 n 溢流现象
1
金属催化剂的类型
n 金属催化剂是一类重要的工业催化剂，主要类型有： n 块状金属催化剂：如电解银、熔铁、铂网等催化剂； n 负载型金属催化剂：如Ni/Al2O3，Pd/C等催化剂； n 合金催化剂： 指活性组分是二种或两种以上金属原 子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂、 LaNi5加氢催化 剂； n 金属簇状物催化剂： 如Fe3 (CO)12催化剂等。
9
金属Cu的d能带和s能带填充情况
n [Cu](3d10)(4S1);
n 金属Cu中
n d能带是电子充满的， d能带为满带；
n s能带的电子只填充一
半。
10
金属Ni的d能带和s能带填充情况
n 单一镍原子的电子组态为3d8 4s2 ， 当镍原子组成晶体后， 金属d 带 中某些能级未被充满，可以 看 成是d带中的空穴，称为“d 带空 穴”。
n 对于金属晶体，晶格缺陷主要有 点缺陷 和线缺陷两类。
39
线缺陷
n 线缺陷是指一排原子发生位移，又称位错； n 位错有两种类型，即边位错和螺旋位错
40
晶格缺陷和金属催化的“超活性”
n 一般金属催化剂中点缺陷和位错同时存 在。这种晶格缺陷对催化剂活性有一定 的影响。
n 如将冷轧处理的金属镍催化剂用于苯加 氢生成环己烷时，活性增加很多，而经 退火处理的镍催化剂催化活性降低。
第五章 金属催化剂及其催化作用
n 本章主要内容：
n 金属表面的化学键 n 金属表面的几何构造 n 晶格缺陷与多相催化 n 金属催化剂催化活性的经验规则 n 负载型金属催化剂的催化活性
n 金属—载体间的相互作用 n 结构敏感与非敏感反应 n 溢流现象
1
金属催化剂的类型
n 金属催化剂是一类重要的工业催化剂，主要类型有： n 块状金属催化剂：如电解银、熔铁、铂网等催化剂； n 负载型金属催化剂：如Ni/Al2O3，Pd/C等催化剂； n 合金催化剂： 指活性组分是二种或两种以上金属原 子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂、 LaNi5加氢催化 剂； n 金属簇状物催化剂： 如Fe3 (CO)12催化剂等。
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金属Cu的d能带和s能带填充情况
n [Cu](3d10)(4S1);
n 金属Cu中
n d能带是电子充满的， d能带为满带；
n s能带的电子只填充一
半。
10
金属Ni的d能带和s能带填充情况
n 单一镍原子的电子组态为3d8 4s2 ， 当镍原子组成晶体后， 金属d 带 中某些能级未被充满，可以 看 成是d带中的空穴，称为“d 带空 穴”。
n 对于金属晶体，晶格缺陷主要有 点缺陷 和线缺陷两类。
工业催化原理PPT
1.2.1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（又称多 相）催化反应
酶催化反应
均相催化反应是指 反应物和催化剂居 于同一相态中的反 应。
非均相催化反应是 指反应物和催化剂 居于不同相态的反 应。
酶催化反应同时 具有均相和非均 相反应的性质。
1.2.1催化反应分类
按反应类型进行分类
表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作
反应类用型
常用催化剂
加氢 脱氢 氧化
羰基化
聚合 卤化 裂解 水合 烷基化，异构化
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)3,PdCl(Pph3)3*,RhCl2(CO)Pp
问题2：请同学们举二个以上的实例？
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作 用
反应物 催化剂及反应条件
Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa
CO+H
2
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
1.1.2催化作用不能改变化学平衡
问题1：实际工业上催化正反应、逆反应 时为什么往往选用不同的催化剂？
❖ 第一，对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操 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。
❖ 第二，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。
《工业催化(第3版)》教学课件—03吸附、催化作用与催化剂
第３章 吸附、催化作用与催化剂
３.１ 催化作用与催化剂
• ３.１.１ 催化作用的定义与特征 • ３.１.１.１ 定义 • 根据ＩＵＰＡＣ于１９８１年提出的定义，催化剂是一种
能够加速反应速率而不改变该反应的标准Ｇｉｂｂｓ自由 焓变化的物质。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反 应称为催化反应。
• 催化剂之所以能够加速化学反应趋于热力学平衡点，是由 于它为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。
图３－６ 催化剂再生、 运转时间与寿命的关系
• ３.１.３.３ 环境友好和自然界的相容性
• 适应于循环经济的催化反应过程，其催化剂属性不仅要具 有高转化率和高选择性，还要涵盖可持续发展概念的要求 ，即应该是无毒无害、对环境友好的，反应应尽量遵循“ 原子经济性”，且反应的剩余物与自然相容的要求，也就 是“绿色化”的要求。
• ①反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； • ②反应物分子在催化剂内表面上吸附； • ③吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分
子作用进行化学反应； • ④反应产物自催化剂内表面脱附； • ⑤反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。
图３-１３ 多相催化反应过程中各步骤的示意图
图３－１４ 多相催化反应中的吸附、表面反 应和脱附过程
• 则金属的总表面积Ａ可表示为
• 正确可靠的测量结果，尚需消除许多因素：吸附质气体在 金属中的溶解，与金属形成化合物，载体的固有吸附能力 ，金属与载体之间因强相互作用产生的溢流现象等。
• ３.３.３ 氧化物表面上的化学吸附
• 在氧化物表面上的化学吸附，要比金属表面上的复杂，研 究也更困难。因为：
（吸附质）的吸附能力，需要研究吸附速率和吸附平衡及 其影响因素。除吸附剂和吸附质的本性外，最重要的影响 因素是温度和压力。达到平衡时的气体吸附量称为平衡吸 附量，它是吸附物系（包括吸附剂和吸附质）的性质、温 度和压力的函数。对于给定的物系，在温度恒定和达到平 衡的条件下，吸附量与压力的关系称为吸附等温式或称吸 附平衡式，绘制成的曲线称为吸附等温线。
３.１ 催化作用与催化剂
• ３.１.１ 催化作用的定义与特征 • ３.１.１.１ 定义 • 根据ＩＵＰＡＣ于１９８１年提出的定义，催化剂是一种
能够加速反应速率而不改变该反应的标准Ｇｉｂｂｓ自由 焓变化的物质。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反 应称为催化反应。
• 催化剂之所以能够加速化学反应趋于热力学平衡点，是由 于它为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。
图３－６ 催化剂再生、 运转时间与寿命的关系
• ３.１.３.３ 环境友好和自然界的相容性
• 适应于循环经济的催化反应过程，其催化剂属性不仅要具 有高转化率和高选择性，还要涵盖可持续发展概念的要求 ，即应该是无毒无害、对环境友好的，反应应尽量遵循“ 原子经济性”，且反应的剩余物与自然相容的要求，也就 是“绿色化”的要求。
• ①反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散； • ②反应物分子在催化剂内表面上吸附； • ③吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分
子作用进行化学反应； • ④反应产物自催化剂内表面脱附； • ⑤反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。
图３-１３ 多相催化反应过程中各步骤的示意图
图３－１４ 多相催化反应中的吸附、表面反 应和脱附过程
• 则金属的总表面积Ａ可表示为
• 正确可靠的测量结果，尚需消除许多因素：吸附质气体在 金属中的溶解，与金属形成化合物，载体的固有吸附能力 ，金属与载体之间因强相互作用产生的溢流现象等。
• ３.３.３ 氧化物表面上的化学吸附
• 在氧化物表面上的化学吸附，要比金属表面上的复杂，研 究也更困难。因为：
（吸附质）的吸附能力，需要研究吸附速率和吸附平衡及 其影响因素。除吸附剂和吸附质的本性外，最重要的影响 因素是温度和压力。达到平衡时的气体吸附量称为平衡吸 附量，它是吸附物系（包括吸附剂和吸附质）的性质、温 度和压力的函数。对于给定的物系，在温度恒定和达到平 衡的条件下，吸附量与压力的关系称为吸附等温式或称吸 附平衡式，绘制成的曲线称为吸附等温线。
工业催化原理精品PPT课件
1 Energy belt
2个Na+ 2×3S1 N个Na N×3S1
半导体的能带结构及其催化活性
本征半导体 n-型半导体 p-型半导体
绝缘体
图3-36
各种固体的能带结构
半导体的能带结构是不迭加的，形成分开 的带，价带，空带，禁带(能量宽度为Eg )。
金属的Eg为零，绝缘体的Eg很大，各种半 导体的Eg居于金属和绝缘体之间。
2）p型半导体 在空气中加热NiO会吸氧。少量Ni2+变成 Ni3+，NI3+实际是Ni2+束缚了一个正电 荷或一个空穴，温度不高时，就可以脱 离Ni2+离子而形成空穴，构成p型半导体， 称Ni3+为受主。
5.1.2 Theory of semiconductor energy belt Back
Li+消灭一个M2+⊕
3.本征 semiconductor
Back
不含杂质，具有理想的完整的晶体结构，具有 电子和孔穴两种载流体。
Fe3O4 Fe3（Fe2+， Fe3+）O4 没有 “donor and acceptor”
4.半导体的形成
1）n型半导体的形成 在空气中加热ZnO产生极少量的Zn Zn可以看成由Zn2+束缚两个电子，它 不稳定，容易给出电子，产生电子导电 形成n型半导体
n-型半导体 ZnO ；施主能级 ―提供电子的 附加能级 (靠近空带 )
p-型半导体 NiO ；受主能级 ―空穴产生的 附加能级 (靠近价带 )
Fermi能级Ef 。Ef越高电子逸出越易。 本征半导体，Ef在禁带中间；n-型半导体， Ef在施主能级与导带之间；p-型半导体， Ef在受主能级与满带之间。
2个Na+ 2×3S1 N个Na N×3S1
半导体的能带结构及其催化活性
本征半导体 n-型半导体 p-型半导体
绝缘体
图3-36
各种固体的能带结构
半导体的能带结构是不迭加的，形成分开 的带，价带，空带，禁带(能量宽度为Eg )。
金属的Eg为零，绝缘体的Eg很大，各种半 导体的Eg居于金属和绝缘体之间。
2）p型半导体 在空气中加热NiO会吸氧。少量Ni2+变成 Ni3+，NI3+实际是Ni2+束缚了一个正电 荷或一个空穴，温度不高时，就可以脱 离Ni2+离子而形成空穴，构成p型半导体， 称Ni3+为受主。
5.1.2 Theory of semiconductor energy belt Back
Li+消灭一个M2+⊕
3.本征 semiconductor
Back
不含杂质，具有理想的完整的晶体结构，具有 电子和孔穴两种载流体。
Fe3O4 Fe3（Fe2+， Fe3+）O4 没有 “donor and acceptor”
4.半导体的形成
1）n型半导体的形成 在空气中加热ZnO产生极少量的Zn Zn可以看成由Zn2+束缚两个电子，它 不稳定，容易给出电子，产生电子导电 形成n型半导体
n-型半导体 ZnO ；施主能级 ―提供电子的 附加能级 (靠近空带 )
p-型半导体 NiO ；受主能级 ―空穴产生的 附加能级 (靠近价带 )
Fermi能级Ef 。Ef越高电子逸出越易。 本征半导体，Ef在禁带中间；n-型半导体， Ef在施主能级与导带之间；p-型半导体， Ef在受主能级与满带之间。
《工业催化精品课件》催化三.四
指催化剂能够加速化学反应的能力，通常用催化活度表示。
指催化剂在反应中能够促进特定化学反应的进行，而不影响其 他反应的能力。
指催化剂在反应条件下能够保持活性、稳定性的能力，包括热 稳定性、化学稳定性和机械稳定性等。
指催化剂的制备方法和原料是否易于获取，以及生产成本的高 低。
催化剂的制备方法
01
物理混合法
选择合适的催化剂
根据不同的工业催化过程，选择具有高活性、 高选择性、长寿命的催化剂。
优化反应条件
通过调整温度、压力、空速等反应条件，提 高工业催化过程的效率和产物质量。
改进工艺流程
通过对工业催化过程的工艺流程进行改进， 降低能耗和物耗，提高生产效率。
加强催化剂再生与循环利用
对失效的催化剂进行再生或循环利用，降低 生产成本并减少环境污染。
工业催化精品课件：催化三.四
目录
• 工业催化的定义与重要性 • 催化反应的原理与类型 • 催化剂的种类与特性 • 工业催化过程与设备 • 工业催化的未来发展与挑战
01
工业催化的定义与重要性
工业催化的定义
工业催化是指通过催化剂的作 用，加快化学反应速率，促进 物质转化的过程。
催化剂是一种能够改变化学反 应速率但不改变反应总热力学 平衡的物质。
在催化剂的作用下，重质烃类在高温下 发生裂解反应，生成轻质油品和裂化气。
烷基化
在催化剂的作用下，烷烃与烯烃发生 反应，生成异构烷烃和烷基化油。
催化重整
在催化剂的作用下，将低辛烷值的直 馏汽油转化为高辛烷值的汽油和苯、 甲苯等芳烃。
合成氨
在催化剂的作用下，氮气和氢气反应 生成氨。
工业催化设备
固定床反应器
工业催化过程通常涉及化工、 石油、环保等领域，是实现物 质转化和利用的重要手段。
工业催化3.3-金属及合金催化剂及其催化作用ppt课件
d% 不仅以电子因素关联金属催化剂的活性，而 且还可以原子间距和格子的空间几何因素去关联。因 为金属晶格的单键原子半径与 d% 有直接关系。
一般 d%可用于解释多晶催化剂的活性大小，但 不能说明晶面上的活性差别。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
金属晶格间距与乙烯加氢活性的关系
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
4.表面原子水平的不均匀性和催化活性
金属催化剂的表面是不均匀的，存在着各种不同 类型的表面位。可用原子表面的TSK模型：即台阶 （Terrace）、梯阶（Step）、和拐折（Kink）模型。 在表面上存在的拐折、梯阶、空位、附加原子等表面 位，对催化反应而言，都是活性较高的部位。
Fcc 面心立方
Bcc 体心立方
Hcp密排六方
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
头二类为主要的金属催化剂。几乎所有的金属催化剂都是过 渡金属。而过渡金属催化剂的活性组分是第Ⅷ族和第ⅠB族金属。
一般 d%可用于解释多晶催化剂的活性大小，但 不能说明晶面上的活性差别。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
金属晶格间距与乙烯加氢活性的关系
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
4.表面原子水平的不均匀性和催化活性
金属催化剂的表面是不均匀的，存在着各种不同 类型的表面位。可用原子表面的TSK模型：即台阶 （Terrace）、梯阶（Step）、和拐折（Kink）模型。 在表面上存在的拐折、梯阶、空位、附加原子等表面 位，对催化反应而言，都是活性较高的部位。
Fcc 面心立方
Bcc 体心立方
Hcp密排六方
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
头二类为主要的金属催化剂。几乎所有的金属催化剂都是过 渡金属。而过渡金属催化剂的活性组分是第Ⅷ族和第ⅠB族金属。
工业催化原理ppt课件
CFSE对催化作用的影响
➢ 对六配位的八面体按SN-1机理进行反应时将形成 五配位中间过渡态构型。按SN-2机理进行时将形 成七配位的中间过渡态构型。
按配位场理论进行的过渡金属氧化物
催化过程
如果我们把吸附物当作配位体，多相催化过程可 以看作是均相配位（络合）催化过程的一个特例。
这样多相反应过程的吸附过程可以引起（稳定化 能）CFSE的变化。如在岩盐型结构氧化物（100） 表面金属离子的配位构型 退过吸附会从正方锥体 五配位变成八面体（六配位）。按SN-1机理吸附 作用对弱场中电子构型为d3和d8离子CFSE是有 利的。相反对反应物脱附来说则弱场中的d4和d9 离子和对强场中的d2，d7，d9离子有利。
B)对于施电子气体吸附（以H2为例）
➢ 对于H2来说，不论在n型还是p型氧化物上以正离 子(H+)吸附于表面，在表面形成正电荷，起施主 作用。
吸附气 半导体类 吸附物种 吸附剂 吸附位
EF
体
型
受电子 气体 （O2）
N型 V2O5）
O2→O2O-,O22-,O2-
P型 Cu2O
O2→O2O-,O22-,O2-
晶体场稳定化能（CFSE）
晶体场稳定化能（CFSE）
➢ d电子处于未分裂的d轨道的总能量和它们进入分 裂的d轨道的总能之差。即d电子从未分裂的d轨 道进入分裂后的d轨道后产生的总能量下降值。
➢ 这种由于中心离子（或原子）d轨道的分离，给予 氧化物（络合物）额外的稳定能，称这种能量为 稳定化能（CFSE）
半导体催化剂化学吸附与催化作用
1、化学吸附 A）受电子气体吸附（以O2为例） （1）在n型半导体上吸附
O2电负性大，容易夺导带电子，随氧压增大而使 导带中自由电子减少，导电率下降。另一方面在 表面形成的负电层不利于电子进一步转移，结果 是氧在表面吸附是有限的。
➢ 对六配位的八面体按SN-1机理进行反应时将形成 五配位中间过渡态构型。按SN-2机理进行时将形 成七配位的中间过渡态构型。
按配位场理论进行的过渡金属氧化物
催化过程
如果我们把吸附物当作配位体，多相催化过程可 以看作是均相配位（络合）催化过程的一个特例。
这样多相反应过程的吸附过程可以引起（稳定化 能）CFSE的变化。如在岩盐型结构氧化物（100） 表面金属离子的配位构型 退过吸附会从正方锥体 五配位变成八面体（六配位）。按SN-1机理吸附 作用对弱场中电子构型为d3和d8离子CFSE是有 利的。相反对反应物脱附来说则弱场中的d4和d9 离子和对强场中的d2，d7，d9离子有利。
B)对于施电子气体吸附（以H2为例）
➢ 对于H2来说，不论在n型还是p型氧化物上以正离 子(H+)吸附于表面，在表面形成正电荷，起施主 作用。
吸附气 半导体类 吸附物种 吸附剂 吸附位
EF
体
型
受电子 气体 （O2）
N型 V2O5）
O2→O2O-,O22-,O2-
P型 Cu2O
O2→O2O-,O22-,O2-
晶体场稳定化能（CFSE）
晶体场稳定化能（CFSE）
➢ d电子处于未分裂的d轨道的总能量和它们进入分 裂的d轨道的总能之差。即d电子从未分裂的d轨 道进入分裂后的d轨道后产生的总能量下降值。
➢ 这种由于中心离子（或原子）d轨道的分离，给予 氧化物（络合物）额外的稳定能，称这种能量为 稳定化能（CFSE）
半导体催化剂化学吸附与催化作用
1、化学吸附 A）受电子气体吸附（以O2为例） （1）在n型半导体上吸附
O2电负性大，容易夺导带电子，随氧压增大而使 导带中自由电子减少，导电率下降。另一方面在 表面形成的负电层不利于电子进一步转移，结果 是氧在表面吸附是有限的。
工业催化失活与再生PPT课件
05
结论
对工业催化失活与再生的总结
工业催化在化学工业中具有重要作用，但失活是 长期存在的问题，再生是解决失活的有效方法。
再生技术包括物理再生和化学再生，物理再生包 括加热、超声波、微波等，化学再生包括氧化、 还原、酸碱处理等。
工业催化的失活主要原因是催化剂活性组分烧结 、流失、中毒和热稳定性差。再生技术可以有效 恢复催化剂的活性，延长催化剂使用寿命，降低 生产成本。
再生技术在实际应用中取得了一定的效果，但仍 存在一些问题，如再生效率不高、对环境有污染 等，需要进一步研究和改进。
对未来工业催化发展的展望
随着环保意识的提高和能源消耗的增 加，工业催化将面临更大的挑战和机 遇。
新型工业催化材料的研发和应用将为 解决工业催化失活问题提供新的思路 和方法。
未来工业催化的发展方向包括开发高 效、环保、低成本的催化剂和再生技 术，以及拓展工业催化的应用领域。
热失活是由于高温下催化剂的热稳定性差导致活性降低。
工业催化再生技术原理
针对不同的失活原因，工业催化再生技术采用不同的物理或化学手段，如氧化再生、还 原再生、水热再生等。这些技术通过清除积碳、解除中毒、改善烧结和热稳定性等手段，
使催化剂恢复活性。
工业催化再生技术的应用与实例
应用领域
工业催化再生技术广泛应用于石油、化工、制药等领域。在这些领域中，催化剂 的失活问题普遍存在，工业催化再生技术的应用可以大大提高生产效率和经济效 益。
增加生产成本
需要频繁更换催化剂或增加再生次数，增加 了维护和运营成本。
产品质量问题
催化失活可能影响产品质量，导致产品纯度 下降或产生副产物。
安全风险
催化失活可能导致反应失控或产生有害物质， 增加安全风险。
1-工业催化原理PPT优秀课件
48
思考题： 2
2021/6/3
49
思考题： 3
4 、
2021/6/3
50
2021/6/3
51
2021/6/3
52
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
反应速率随表面精细结构而变化—结构 敏感反应。
2021/6/3
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反应速率
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
在催化反应动力学的研究中，活性多用 反应速率来表达。
2021/6/3
27
2021/6/3
28
速率常数
用速率常数比较活性时，要求温度相同。 在不同催化剂上反应，只有当反应的速 率方程有相同的形式时，用速率常数比 较活性大小才有意义。此时，速率常数 大的催化剂的活性高。
44
催化剂分类
金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd….) 金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂
(多为半导体) Ln2O3 MoS 酸碱催化剂 配合物催化剂
2021/6/3
45
双功能催化剂(多功能催化剂)
是指其催化的过程包含了两种或两种以 上不同反应机理，催化剂也具有不同类 型的活性位。
2021/6/地3 氧化为邻二甲苯酐。
6
催化理论的基本思想的形成
在这一时期，逐步产生了某些催化理论 的基本思想。例如，不稳定表面中间物 (1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面 活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践 中应用，起到了改进旧催化剂、开发新 催化剂的作用，推动了化学工业的发展。
Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science
工业催化PPT教学课件
我国化学工程与技术学科的发展中 里程碑
• 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先 生建成上海天利氮气厂生产出液氨， 吴先生还创办了天厨味精厂（1923）、 天原电化厂（1929）和天盛陶器厂 （1934），以及范旭东在天津创办的 永利碱厂，这些化工原料的生产推动 了我国化学工业的发展
• 合成氨工业的巨大成功推动了化学工 业迅速发展，也带动了一系列化学工 程基础理论工作，如化工热力学、化 学工艺学、工业催化等。氨合成催化 剂的研究与改进已经尝试10万多个配 方，至今仍是催化界研究的方向
本课程基本内容催化材料催化材料aaddbbccee催化剂制备与表征技术各类催化剂及其催化作用工业催化剂发展简史催化作用基本原理催化反应催化反应动力学动力学能源环境催化催化新材料催化新技术第一章绪论第二章催化作用与催化剂第三章吸附作用与多相催化第四章各类催化剂及其催化作用第五章环境保护催化与环境友好催化第六章未来能源和燃料工业用催化技术第七章新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料第八章生物催化技术第九章工业催化剂的制备与使用第十章工业催化剂的设计第十一章工业催化剂的评价与宏观物性的测试第十二章催化剂表征的现代物理方法简介本课程基本内容教材
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第一章 绪论
课程的主要任务 工业催化的发展简史 催化发展新领域 当前催化科学研究的重要方向
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绪论
• 本课程的主要任务
掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学 本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，并能够 将新型催化剂开发原理运用到资源的化工利用、化学 制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等
②筛选出具有工业价值的熔铁催化剂。Karlsruhe大学当时宣布的催 化剂为锇（Os）和铀（U），既昂贵又不好操作。Haber的同事Mittasch经 过2500多种配方、6500多个实验筛选出高活性、高稳定性和长寿命的合成 氨熔铁催化剂（主要为Fe-Al-K多组元成分）。
工业催化剂的制备与使用ppt课件
同时还必需使无用组分，特别是对催化剂有毒的 物质在热分解或复原过程中挥发除去。
最常用的是硝酸盐、铵盐、有机酸盐〔乙酸盐、乳酸 盐等〕。
普通以去离子水为溶剂，但当载体能溶于水或活性组 分不溶于水时，那么可用醇或烃作为溶剂。
浸渍液的浓度必需控制恰当。
二、活性组分在载体上的分布与控制
图 活性组分在孔内的吸附
表 常用的固体催化剂制造方法
举例 水合氧化物，如氢氧化铁等的制备 贵金属负载到金属氧化物载体Al2O3或SiO2 等载体上 氧化铁-氧化铬CO变换催化剂的制备 合成氨的铁催化剂的制备 雷尼镍催化剂的制备
§5.1 沉淀法制备工业催化剂
一、沉淀法
沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之 一，广泛用于制备高含量非贵金属、金属氧化 物、金属盐催化剂和载体。
1. 沉淀过程和沉淀剂的选择
沉淀作用给予催化剂根本的催化剂属性，沉淀物实践 上是催化剂或载体的前驱物，对所制得的催化剂的活 性、寿命和强度有很大影响。
在沉淀过程中采用什么沉淀反响，选择什么样 的沉淀剂，是沉淀工艺首先要思索的问题。
同一催化剂可以从不同的原料开场制造，如镍， 可以制成Ni(OH)2沉淀或NiCO3沉淀；
13-上鞍座；14-平滚圈；15-下鞍座；16-托轮部件；17-出料箱
四、 沉淀法制备催化剂的案例分析 ——活性Al2O3的制
备
图 酸中和法消费γ- Al2O3的 流程表示图
图 碱中和法消费η- Al2O3的 流程表示图
表 中和沉淀温度对氧化铝性质的影响
中和温度/℃ 孔分布 0~50Å
50~200 Å 200~327 Å 比外表积 / m2·g–1 BET孔容 / ml·g–1 平均孔径 / Å
催化剂制备方法
最常用的是硝酸盐、铵盐、有机酸盐〔乙酸盐、乳酸 盐等〕。
普通以去离子水为溶剂，但当载体能溶于水或活性组 分不溶于水时，那么可用醇或烃作为溶剂。
浸渍液的浓度必需控制恰当。
二、活性组分在载体上的分布与控制
图 活性组分在孔内的吸附
表 常用的固体催化剂制造方法
举例 水合氧化物，如氢氧化铁等的制备 贵金属负载到金属氧化物载体Al2O3或SiO2 等载体上 氧化铁-氧化铬CO变换催化剂的制备 合成氨的铁催化剂的制备 雷尼镍催化剂的制备
§5.1 沉淀法制备工业催化剂
一、沉淀法
沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之 一，广泛用于制备高含量非贵金属、金属氧化 物、金属盐催化剂和载体。
1. 沉淀过程和沉淀剂的选择
沉淀作用给予催化剂根本的催化剂属性，沉淀物实践 上是催化剂或载体的前驱物，对所制得的催化剂的活 性、寿命和强度有很大影响。
在沉淀过程中采用什么沉淀反响，选择什么样 的沉淀剂，是沉淀工艺首先要思索的问题。
同一催化剂可以从不同的原料开场制造，如镍， 可以制成Ni(OH)2沉淀或NiCO3沉淀；
13-上鞍座；14-平滚圈；15-下鞍座；16-托轮部件；17-出料箱
四、 沉淀法制备催化剂的案例分析 ——活性Al2O3的制
备
图 酸中和法消费γ- Al2O3的 流程表示图
图 碱中和法消费η- Al2O3的 流程表示图
表 中和沉淀温度对氧化铝性质的影响
中和温度/℃ 孔分布 0~50Å
50~200 Å 200~327 Å 比外表积 / m2·g–1 BET孔容 / ml·g–1 平均孔径 / Å
催化剂制备方法
工业催化ppt课件
新能源开发
用于生产太阳能电池、燃料电 池等新能源材料。
制药行业
用于合成药物、生物催化剂等 生物医药产品的生产。
02
工业催化原理与技术
催化反应原理
催化反应定义
在催化剂的作用下，反应物之间 发生化学反应并生成产物的过程
。
催化反应特点
反应速率快、选择性高、能耗低、 副产物少。
催化反应机理
了解催化反应过程中，反应物如何 通过催化剂表面的吸附、活化、反 应和脱附等步骤转化为产物。
对设计的催化反应流程进行技术经济评估 ，确保其在工业生产中的可行性和经济效 益。
工业催化设备及其选型
确定设备参数
根据工艺要求和设备类型，确定设备的主 体尺寸、材质、压力、温度等参数，以确
保设备的性能和安全性。
A 确定设备类型
根据催化反应的类型和规模，选择 适合的工业催化设备，如固定床反 应器、流化床反应器、搅拌釜等。
工业催化实验方法与操作规程
实验方法选择
根据实验目的和要求，选择合适 的实验方法和操作规程，确保实 验结果的准确性和可靠性。
实验操作流程
按照实验步骤和要求进行操作， 注意实验细节和注意事项，避免 实验误差和安全事故。
数据处理与分析
对实验数据进行处理、分析和解 释，得出实验结论，为实际工业 生产提供指导和参考。
提高工业催化效率的途径与方法
优化催化剂设计
通过改进催化剂的组成和结构，提高其活性和选 择性，从而提高催化效率。
强化反应条件
优化反应温度、压力、浓度等条件，以降低能耗 和提高产物收率。
过程集成与优化
通过集成和优化催化反应过程，实现能源的高效 利用和废物的减量化。
THANKS
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工业催化催化剂课件
制造过程的考量
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
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
工业催化PPT教学课件
总成绩=期末考试成绩（50%）+平时成绩（20%）+论文（30%）
论文是一篇关于“催化在各自领域中的研究与应用现状”的综述性文章。
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参考书目
（1）工业催化基础 —赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年 （2）应用催化基础 —吴越著 化学工业出版社 2008年 （3）Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition---Charles N. Satterfield, McGraw-Hill, Inc.(实用多相催化） （4）Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science publications
经过一段时间的沉寂，化学 工业从“重视产量”转向 “重视功能化”发展，将过去
大宗化学品生产过程中累积的技术与经验转 向应用和高性能的精细化工方向发展，很快 使化学工业出现了转机。
此阶段催化技术配合化学工 业出现了“择形催化”、 “手性催化”、环境友好的 “固体酸催化”等，以及用 于具有监控能力的“传感器 催化技术”、防治汽车污染 的“三效催化技术”等。
H2、 甲醇、. 二甲醚、 FT合成
硫制
聚烯烃 芳烃
1973年 金属有机 催化
12
化学工业的发展与催化剂的应用是密不可分的。
20世纪 30年代以前
20世纪 30~80年代
20世纪 80~90年代至今
属于当时尖端科技的 化学工业主要是天然 物质的直接利用
能量
代谢
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8
自然界催化现象普遍存在（3）
植物的光合作用