第六节 膜催化反应过程
第三章第六节酶抑制剂
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AMP降解代谢的过程
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当机体内嘌呤化合物代谢紊乱时，会导致尿酸增加。 尿酸在关节、肾和结缔组织中的蓄积，引起痛风病。
黄嘌呤氧化酶抑制剂治疗痛风病是通过抑制黄嘌呤氧化 酶，降低尿酸的生物合成。
许多黄嘌呤氧化酶抑制剂都是酶催化底物的类似物， 如Xanthopterin黄蝶呤 、Isoxanthopterin异黄蝶 呤。
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例3，羟基甲基戊二酰辅酶A（HMG-CoA）还原酶抑制
剂
血液中胆固醇水平增高，会引起动脉粥样硬化和冠心病。 然而许多高胆固醇症患者即使降低膳食的胆固醇摄入量， 也不能降低血中胆固醇水平，这是因为体内2／3的胆固醇是
人体自身合戊的。 因此，为预防和治疗动脉粥样硬化症就需要从根本上降低胆
情绪调节等）。 G蛋白偶联受体可以被划分为六个类型， 分属其中的G蛋白偶联受体的基因序列之间没有同源 关系： A 类 (或 第一类) (视紫红质样受体) B 类 (或 第二类) (分泌素受体家族) C 类 (或 第三类) (代谢型谷氨酸受体) D 类 (或 第四类) (真菌交配信息素受体) E 类 (或 第五类) (环腺苷酸受体) F 类 (或 第六类) (Frizzled/Smoothened家族)
R
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可帕可定(Compactin)、麦维诺林(Mevinolin)和 辛维诺林(Synvinolin)以及后来发现的依他他定 (Eptastatin)都是从霉菌产物中分离出的该还原 酶的强效抑制剂。
这4个化合物是羟基甲基戊二酰辅酶A还原酶的结构相
似的强效抑制剂，结构的差别只是甲基或羟基的不同， 但对生物活性及安全性有很大的影响。
moc催化剂反应
"MOC"（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）催化剂是指在金属-有机化学气相沉积（MOCVD）过程中使用的催化剂。
MOCVD是一种用于制造半导体器件（如LED和激光二极管）的薄膜生长技术，它通过将金属有机化合物（MOC）和其他气态反应物输送到反应室中，在基片表面引发化学反应，从而沉积出所需的半导体薄膜。
在MOCVD过程中，催化剂的作用是促进金属有机化合物分解，释放出金属离子和有机配体。
这些离子和配体在基片表面重新组合，形成金属有机骨架（MOF），随后通过热处理或其他化学反应转化为所需的半导体材料。
具体的MOC催化剂反应过程包括以下几个步骤：
1. 气体输送：将含有金属有机化合物的气体输送到反应室中，同时引入其他必要的反应气体，如氢气、氮气等。
2. 化学分解：金属有机化合物在基片表面的催化剂作用下分解，释放出金属离子和有机配体。
3. 表面反应：金属离子和有机配体在基片表面重新组合，形成金属有机骨架（MOF）。
4. 热处理：通过加热将MOF转化为所需的半导体材料，这一步骤通常涉及热分解和晶化过程。
5. 沉积：随着反应的进行，金属离子和配体在基片表面沉积，形成所需薄膜的层。
MOCVD技术因其能够精确控制薄膜的成分和结构，以及较高的生长速率而广泛应用于半导体产业。
催化剂的选择和反应条件对MOCVD过程的成功至关重要，它们直接影响到薄膜的质量和性能。
酶工程课程复习资料整理
绪论一．酶是生物催化剂酶是具有生物催化功能的生物大分子，按其化学组成的不同可以分为两类：蛋白类酶（P-酶）与核酸类酶（R-酶）。
理解：1、酶是由生物细胞产生2、酶发挥催化功能不仅在细胞内，在细胞外亦可二．酶学研究简史1897年，Buchner兄弟发现，用石英砂磨碎的酵母细胞或无细胞滤液能和酵母细胞一样进行酒精发酵。
标志着酶学研究的开始。
说明：酶分子不仅只是在细胞内起作用，而且在细胞外同样具有催化功能。
这一发现开启了现代酶学，乃至现代生物化学的大门。
三．酶工程的现状：目前大规模利用和生产的商品酶还很少。
第一章．酶学概论第一节．酶作为生物催化剂的显著特点一．酶作为生物催化剂的显著特点：高效、专一二．同工酶（概）：能催化相同的化学反应，但其酶蛋白本身的分子结构组成不同的一组酶。
三．共价修饰调节1．概念：通过其它的酶对其结构进行共价修饰，从而使其在活性形式和非活性形式之间相互转变。
2．常见修饰类型：磷酸化与去磷酸化；腺苷酸化与脱腺苷酸化；尿苷酸化与脱尿苷酸化；泛素化；类泛素化3．例子：糖原磷酸化酶——磷酸化形式有活性（葡萄糖）n+Pi→（葡萄糖）n-1+1-磷酸葡萄糖4．常见磷酸化部位：丝氨酸/苏氨酸，酪氨酸和组氨酸四．酶活性调节方式要能判断所举酶的例子是什么类型调节1. 别构调节2. 激素调节：如乳糖合酶修饰亚基的水平是由激素控制的。
妊娠时，修饰亚基在乳腺生成。
分娩时，由于激素水平急剧的变化，修饰亚基大量合成，它和催化亚基结合，大量合成乳糖。
3. 共价修饰调节：如糖原磷酸化酶、磷酸化酶b激酶4．限制性蛋白水解作用与酶活性控制。
如酶原激活5．抑制剂和激活剂的调节6．反馈调节7．金属离子和其它小分子化合物的调节8．蛋白质剪接五．反馈调节（概）：催化某物质生成的第一步反应的酶的活性，往往被其终端产物所抑制。
这种对自我合成的抑制叫反馈抑制。
A-J ：代谢物实线箭头：酶促催化步骤虚线箭头：反馈抑制步骤代谢途径的第一步和共同底物进入分支途径的分支点是反馈抑制的最为重要的位点。
化学催化机理
化学催化机理化学催化是一种重要的化学过程，通过引入催化剂来加速反应速率并改变反应路径。
催化剂通常不参与反应本身，但能提供一种助催化作用的方式。
在催化过程中，催化剂与底物之间发生一系列的物理和化学相互作用，从而促使反应进行。
1. 催化剂的种类催化剂可以分为两类：均相催化剂和非均相催化剂。
均相催化剂与底物处于同一相中，通常是气相或液相。
而非均相催化剂则与底物处于不同相中，最常见的是固相催化剂。
2. 催化反应的步骤催化反应通常经历以下几个步骤：吸附、反应、解吸和再生。
在吸附步骤中，底物分子被吸附到催化剂表面，形成吸附物种。
接着，在表面上发生反应，催化剂能够降低反应活化能，提高反应速率。
之后，产物分子从催化剂表面解吸出来。
最后，再生步骤中，废物或副产物被从催化剂表面去除，使催化剂重新恢复活性。
3. 催化剂的作用机理催化剂的作用机理可以通过活化能降低和反应路径改变来解释。
活化能降低是指催化剂能够提供一条更低能的反应途径，使反应更易进行。
此外，通过改变反应路径，催化剂可以选择性地促进某些反应路径，从而得到特定的产物。
4. 常见的催化剂许多催化反应都使用了常见的催化剂。
例如，铂、钯和铑等贵金属催化剂常用于氢化反应；碱催化剂常用于酸碱中和反应；酶催化剂用于生物反应等。
每种催化剂都有其特定的催化机理和应用领域。
5. 催化剂的选择与设计在选择和设计催化剂时，需要考虑多个因素，包括催化剂的活性、选择性、稳定性以及反应条件等。
催化剂的活性通常可以通过改变其物理性质（如表面积、晶体结构等）和化学性质（如活性位点的调控、组成的改变等）来调节。
6. 催化反应的应用催化反应在化工生产、能源转换、环境保护等方面都有广泛的应用。
例如，催化剂在石油加工中用于裂化、加氢等反应；在汽车尾气处理中用于催化转化有害气体；在生物质转化和氢能生产中用于能源转换等。
总结：化学催化机理是现代化学领域的重要研究内容。
通过了解催化剂的种类、催化反应的步骤和催化剂的作用机理，我们可以更好地理解催化过程以及如何选择和设计催化剂。
光催化氧化技术进展
3.TiO2光催氧化基本原理
半导体光催化作用机理以能带理论为基础.TiO2光催 氧化基本原理可以通过以下几个过程进行解释.
〔1〕带间跃迁：当能量大于或等于TiO2禁带宽度即 波长小于378.5nm的光照射TiO2时,其价带上的电 子受光激发跃迁到导带,称为间带跃迁.
〔2〕电子-空穴对<e--h+>的产生：被激发的电子从 价带进入导带后,在导带上产生带负电的高活性光 生电子<e->,在价带上留下带正电荷的空穴<h+>, 即生成电子-空穴对.电子和空穴在电场力和扩散 的作用下迁移到TiO2粒子表面,如果粒子表面已经 存在被吸附的有机物或无机物,则更容易发生氧化 还原反应.
• 作为新型的高级氧化技术,光催化氧化法已成为环 境治理的前沿领域和研究热点,利用光催化氧化有 望实现有机物的深度矿化.现阶段实现工业化的主 要困难是催化剂的光催化效率低,氧化剂难于分离, 不能充分利用太阳能,合适载体的选择以及光催化 反应器不适合工业生产等一系列问题.不过随着这 些问题的逐步解决,光催化氧化技术在水处理领域 将会有良好的市场前景和社会经济效益.
• TiO2+hv→TiO2+e-+h+
• h++e-→复合+能量<hv'<hv或热能>
催化工艺流程简述
催化工艺流程简述在化工工业中，催化技术是一种重要的生产方式。
催化技术利用催化剂来降低化学反应的能量需求，提高反应速率，从而增加产量和改善选择性。
本文将简要介绍催化工艺的基本流程。
1. 催化反应的基本原理催化反应是指在催化剂的作用下，底物分子之间发生相互作用，进而产生新的分子，同时催化剂在反应过程中不消耗。
催化剂通常可以提供合适的反应活化能，选择性地促进目标产物的生成。
2. 催化反应的影响因素催化反应的效率受多种因素影响，如催化剂的选择、反应条件、底物浓度和反应温度等。
合适的催化剂选择是催化反应成功的关键，不同的催化剂适用于不同的化学反应。
3. 催化工艺的基本流程3.1 催化剂的制备催化剂通常通过物理或化学方法合成。
物理方法包括沉淀法、共沉淀法等；化学方法则包括浸渍法、沉积法等。
合成的催化剂需要具有良好的活性、选择性和稳定性。
3.2 反应设备的选择催化反应通常在特定的反应器内进行。
反应器种类多样，如流动床反应器、固定床反应器等。
反应器的选择取决于反应条件、催化剂形态以及反应产物的要求。
3.3 反应条件的控制反应条件包括温度、压力、底物浓度等因素。
合理的反应条件可以提高反应速率、产率和选择性。
反应过程中需要不断监控和调整反应条件，以确保反应的正常进行。
3.4 产品分离和纯化反应结束后，需要对反应混合物进行分离和纯化。
通常采用蒸馏、结晶、萃取等方法对产物进行提纯。
高纯度的产品对后续工艺和市场需求至关重要。
4. 催化工艺的应用领域催化技术在石油化工、化学合成、环境保护等领域有着广泛的应用。
例如，在石油加工中，催化裂化技术可以将原油转化为高附加值的产品；在化学合成中，催化剂可以帮助合成特定的有机化合物；在环境保护中，催化反应可以降解有机废水和废气等。
5. 结语催化工艺是一种高效、绿色的生产方式，对化工产业的发展具有重要意义。
通过不断优化催化技术，可以提高产物质量，减少能耗和废物排放，实现可持续发展。
希望本文对催化工艺的基本流程有所帮助。
催化膜反应器原理与应用-定稿解析
催化膜反应器的原理与应用摘要: 本文综述了催化膜反应器的提出、类型、特点、原理和应用。
催化膜反应器将膜技术和反应器结合在一起，具有传统工艺无可比拟的优点。
膜催化反应的优点在于利用膜的选择渗透性有选择地移去某个产物，从而使可逆反应的化学平衡向有利于产物的方向移动，从而达到“超平衡”。
实际的催化反应一般都在远离平衡的条件下进行，因此研究在非平衡条件下膜催化反应器的行为及其与固定床反应器的比较有重要意义。
本文主要从催化加氢、催化氧化、脱氢等方面阐述催化膜反应器的原理与应用。
关键词：催化膜；膜反应器；膜分离Catalytic membrane reactor-principle and applicationsAbstract: This article summarizes the origins, types, characteristics, principle and application of Catalytic membrane reactor. Catalytic membrane reactor combines membrane technology with membrane reactor, which has traditional crafts incomparable advantages. The advantages of membrane catalytic reaction is that use the selective permeability of membrane to remove a product selectively, so that the chemical equilibrium of reversible reaction can forward to the direction of product, so as to achieve "overbalance". Actual catalytic reaction is generally acted far from equilibrium conditions, so the investigation of membrane catalytic reactor under the condition of non-equilibrium and its comparison with fixed bed reactor is very important. This article mainly describes the principle and application of the catalytic membrane reactor from the respects such as catalytic hydrogenation, catalytic oxidation and dehydrogenation .Key words: Catalytic membrane; membrane reactor; membrane separation目录一、催化膜反应器的提出 (4)1.1膜 (4)1.2膜反应器 (5)二、催化膜反应器的原理 (6)2.1 加氢原理 (8)2.2脱氢机理 (8)2.3催化氧化机理 (9)三、催化膜反应器的特点 (10)四、催化膜的制备方法 (11)4. 1 表面吸附/ 沉积法 (11)4. 2 掺杂法 (11)4. 3 包埋法 (12)五、催化膜反应器的类型 (13)5.1膜与催化剂的组合方式 (13)5.2有/无催化性能的膜和催化剂的装填方式 (13)5.3催化膜反应器中膜在催化过程中所起的作用 (14)5.3.1萃取型膜反应器 (14)5.3.2 分布型膜反应器 (14)六、催化膜反应器的应用 (16)6.1 烯烃和炔烃的催化加氢 (16)6.2 催化氧化 (17)6.3 透氢膜反应器用于乙苯脱氢制苯乙烯 (18)6.4 提高水煤气变换反应转化率 (19)七、展望 (20)八、参考文献 (21)一、催化膜反应器的提出1.1膜膜是一个可渗透型或者半渗透性的相，通常以薄膜的形式存在，是由从无机固体到不同高分子聚合物等多种材料所制成的。
膜催化反应器及其制氢技术的研究进展_闫云飞
第26卷 第12期 无 机 材 料 学 报Vol. 26No. 122011年12月Journal of Inorganic Materials Dec., 2011收稿日期: 2011-04-13; 收到修改稿日期: 2011-05-26基金项目: 国家自然科学基金(50906103, 50876118) National Natural Science Foundation of China (50906103, 50876118) 作者简介: 闫云飞(1978−), 男, 博士, 副教授. E-mail: yunfeiyan@文章编号: 1000-324X(2011)12-1233-11 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.01233膜催化反应器及其制氢技术的研究进展闫云飞1,2, 张 力1,2, 李丽仙3, 唐 强1,2(重庆大学1. 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室; 2. 动力工程学院; 3. 生物工程学院, 重庆 400030) 摘 要: 燃料电池对其理想燃料氢气的纯度要求极高, 如何低成本、大规模制取高纯氢气已成为燃料电池技术实现工业化的一个关键问题和研究热点. 近年发展起来的兼具催化与分离双重功能的膜催化反应技术是实现制取高纯氢气的一个有效途径. 本文结合膜催化反应领域的最新进展, 综述了膜催化反应器的优点、组成、类型; 介绍了无机膜材料的优点、分类及制备技术; 详细综述了透氧膜催化反应器、透氢膜催化反应器及双膜催化反应器在制氢过程中的研究进展和应用, 指出了膜催化反应制氢技术在工业化发展过程中存在的问题及应用前景. 关 键 词: 膜; 反应器; 催化; 分离; 氢气; 综述 中图分类号: O483; O484; O766 文献标识码: AProgress in Catalytic Membrane Reactors for High Purity Hydrogen ProductionYAN Yun-Fei 1,2, ZHANG Li 1,2, LI Li-Xian 3, TANG Qiang 1,2(1. Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems, Ministry of Education, Chongqing University,Chongqing 400030, China; 2. College of Power Engineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China; 3. College of Bioengineering, Chongqing University, Chongqing 400030, China)Abstract: As a kind of ideal fuel for fuel cell, hydrogen must be satisfied with the enough high purity. To producehigh purity hydrogen at a low cost and large scale method has become a key research focus in the industrialization of fuel-cell technology. The membrane catalytic technology with catalysis and separation dual functions has been developed in recent years, which is a good method to produce high purity hydrogen. Based on the latest develop-ments in the membrane catalytic reaction fields, the advantages, composition and type of membrane catalytic reac-tor are summarized. The preparation techniques, advantages and classification of inorganic membrane materials are described. Especially, the progress and application for high purity hydrogen production are reviewed in three kinds of catalytic membrane reactors, including oxygen-permeable membrane reactor, hydrogen-permeation membrane reactor and double-membranes reactor. The existing problems of catalytic membrane and membrane catalytic reactor in the industrialization process of hydrogen production using the membrane catalytic technology are also discussed. Additionally, the prospects of membrane catalytic reactors for hydrogen production is proposed.Key words: membrane; reactor; catalytic; separation; hydrogen; review燃料电池具有能量转换效率高和环境友好等优点, 是21世纪的主要能源动力之一, 在航天、军事、运输工具、电力等诸多领域有着广泛用途, 它在汽车工业中的应用已引起广泛关注, 成为21世纪首选的洁净、高效的发电技术[1-4].氢气作为燃料电池的最佳燃料, 它的生产、运输成本直接影响到燃料电池商业化的进程. 为了解决燃料电池汽车的氢源及随车携带问题, 可采用车1234 无机材料学报第26卷载含氢燃料重整制氢技术来提供移动制氢. 我国“十一五”的“863计划”项目已将供氢技术的研发放在与燃料电池技术同样重要的位置. 但燃料电池常用的铂等贵金属电极, 对氢气的纯度要求极为苛刻.对于磷酸型燃料电池, CO含量最高不能超过2%,而对于质子交换膜型燃料电池, CO体积含量不能超过20×10−6, 超过50×10−6就会造成电极严重中毒,影响电池的使用寿命[5-6]. 随着氢燃料电池技术的迅猛发展及其制造技术的日臻成熟, 高纯度氢气需求量越来越大. 但目前采用的碳氢燃料重整制氢技术(如甲烷蒸汽重整、甲烷二氧化碳重整、甲烷自热重整及甲烷部分氧化重整)所制得的产物均是CO和H2的混合气体. 若以纯氢为目标产品, 则需经过CO变换、洗涤、甲烷化, 才能得到纯氢, 且从合成气中除去CO也是一个关键问题, 尤其是痕量CO的去除. 以此来制备可适用于燃料电池用的氢气仍然是一个技术难题, 并会使系统复杂化, 限制其在汽车燃料电池、小规模燃料电池方面的应用.膜催化反应技术可同时完成催化反应和产品分离. 1968年提出了将膜分离过程与反应过程耦合的膜反应器概念[7-8]. 1987年在东京举办的国际膜会议上, 曾将“在21世纪多数工业中膜过程所扮演的战略角色”列为专题进行深入讨论. 美国的Monsanto、Dow、Allied等公司也都对膜分离技术的开发增加投资, 加快研究步伐. 我国于1958年开始研究离子交换膜、电渗析等膜分离过程的研究、应用与开发.早期研制膜反应器的目的是在反应过程中转移反应产物, 迫使反应平衡向产物方向移动, 进而提高反应收率. 目前, 膜反应器技术发展迅速, 膜的类型不断丰富, 膜的作用也从单一的分离作用向功能化方向发展, 如催化作用、协同作用、浓度分布等, 因此诞生出各种膜催化反应器. 而将膜反应技术与催化制氢技术相结合制取高纯氢气的研究还处于起步阶段, 制氢技术在膜催化反应器中的应用还有待不断深入研究.1膜催化反应器1.1膜催化反应器优点与传统的催化和分离过程相比, 兼具催化与分离双重功能的催化膜反应器的优点有[9-10]: 1) 催化和分离一体化使工艺流程更紧凑, 减少投资、操作费用和能耗; 2) 对受化学平衡限制的反应, 可突破反应热力学的限制, 使化学平衡移动, 大幅提高反应产率; 3) 催化选择性更强, 且微孔多、分布广; 4)催化活性更高, 提高转化率, 降低反应的苛刻度;5)可直接以廉价的空气作为氧源, 同时消除了氮气对反应、产品的影响, 避免高温下形成污染物NO x 的可能, 简化操作, 减少成本和污染; 6)产品纯度更高, 后处理方便; 7)对于反应底物彼此互不相容的多相反应, 膜可起接触器的作用, 能促进反应物间的传质, 增大反应速度; 8)对于易燃易爆的反应, 可利用膜管壁控制反应进料, 有效控制反应进度, 同时通过膜表面缓和供氧, 避免常规反应器存在的爆炸极限、飞温失控等, 使反应安全可控; 9)当一种反应的产物(或副产物)可作为另一反应的原料时, 能实现两种反应的耦合.1.2膜催化反应器的组成膜催化反应器主要包括膜层、催化剂和载体. 在催化反应中, 根据操作模式的不同, 膜催化反应器可具有不同的功能: 1)膜本身是催化惰性, 仅有选择性分离功能, 可将催化活性组分浸渍负载或包埋于膜内; 2)膜本身有催化活性, 具有催化剂的功能; 3)膜具有催化活性和分离壁垒的双重功能. 根据膜层、催化剂及载体的结合方式, 膜催化反应器有4种组装方式, 如图1所示[11]. 图l(a), 膜与催化剂是2个分离的部分, 将催化剂颗粒或小球粘结在膜表面, 催化剂颗粒起催化作用, 下层膜则起分离作用. 图l(b), 膜材料本身具有催化作用, 可以起到分离或者催化的作用. 图1(c), 将催化剂嵌入到膜层内部, 使原本仅有分离作用的膜层也具有催化活性. 图l(d), 组装复合膜层, 膜作为催化剂的载体, 上层膜具有催化功能, 下层膜用于分离. 根据不同的催化反应体系和膜分离性能, 设计高效的膜催化反应器, 应注重膜催化反应器结构型式, 并流或逆流操作过程, 反应与分离区域的浓度、温度梯度优化等流动、传热、传质方面的研究, 达到膜催化−分图1 膜催化反应器的组装方式[11]Fig. 1 The assembly methods of catalytic membrane reactor[11]第12期闫云飞, 等: 膜催化反应器及其制氢技术的研究进展 1235离过程的最佳耦合和优化设计.2膜及其制备技术2.1膜膜是一种通常以薄膜形式存在的具有特殊选择透过性的功能材料, 通过筛分或控制混合体系中不同组分透过膜的相对速率而实现组分间的分离. 催化膜是指同时具有催化和分离双重功能的膜. 按膜材料的划分, 膜分为有机膜和无机膜两大类. 无机膜是指采用陶瓷、金属、金属氧化物、玻璃、沸石、硅酸盐及炭素等无机材料制成的半透膜. 按其表层孔结构的不同, 无机膜可分为致密无机膜和多孔无机膜. 无机膜的主要分类见图2[12]. 与有机膜相比,无机膜具有诸多优点[13]: 1)强度大、机械性能好;2)热稳定性好, 可耐400~1000℃的高温, 使膜分离技术应用于高温气体净化及中高温催化反应; 3)化学性质稳定, 能耐有机溶剂、强酸强碱和氯化物溶液, 且不被微生物降解; 4)孔径大小及孔径尺寸分布易控制, 能有效地控制分离组份的透过率和选择性; 5)易实现电催化和电化学活化; 6)与高分子膜不同, 不存在老化现象, 易再生.无机膜通常有三层结构[14]: 支撑体、过渡层和顶层. 支撑体以多孔载体居多, 作用是增强整个膜的机械强度, 这是膜工作的基础. 过渡层的作用是实现支撑层与顶层孔的匹配, 防止顶层膜颗粒渗入支撑体孔内, 阻塞孔道, 降低渗透性. 顶层为活性分离工作层, 是无机膜的核心部分, 实现整个膜的功能. 在选择膜材料时, 应满足以下基本要求[15-16]: 1)较高的机械强度; 2)化学性能优良, 耐腐蚀、耐温性能稳定, 不含有影响催化性能的杂质; 3)孔径小、孔径分布窄, 与其它膜层的物理、化学性质相匹配, 结合能力良好; 4)高的渗透通量和选择分离系数, 这是减少膜催化反应器体积、降低造价和操作费用的关键, 也决定着膜催化反应进行的程度; 5)易引入催化活性中心; 6)原料廉价易得、易加工.2.2膜的制备技术膜催化反应器的关键是膜材料, 其微观结构特点及渗透扩散性决定了膜催化反应的性能, 而膜的制备技术对膜材料性能优劣也起着重要作用. 因此, 对于高温分离或高温催化过程来说, 制备具有耐高温、化学物理稳定性良好、一定机械强度和孔径分布的无机膜是工艺技术研究的关键. 无机膜的制备方法较多, 常用的有固态粒子烧结法、溶胶−凝胶法、薄膜沉积法、相分离−沥滤法、阳极氧化法、喷雾热分解法、轨迹刻蚀法、溶胶−凝胶模板技术等.1)固态粒子烧结法将一定粒径分布的原料微小颗粒或超细粒子(粒度0.1~10μm)与添加剂、适当的介质混合, 成型后干燥, 再经高温(1000~1600)℃烧结而成, 可用于制备微孔陶瓷膜、陶瓷膜载体及微孔金属膜.2)溶胶−凝胶法将金属醇盐或金属盐在水或醇等有机溶剂中发生水解−缩聚反应, 生成氧化物或氢氧化物胶体, 并浸涂于多孔支承体上, 使之转化为凝胶, 再经干燥和煅烧得到多孔氧化物膜. 该法常用于制备孔径较大(0.1~0.5μm)的多孔微滤膜或膜支承体材料, 也可制备负载型超薄微孔膜, 如Al2O3膜、SiO2膜、TiO2膜、ZrO2膜.3)薄膜沉积法用溅射、离子镀、金属镀及气相沉积等方法, 将膜料沉积在载体上制造薄膜的技术.图2 无机膜的种类[12]Fig. 2 Types of inorganic membranes[12]1236 无机材料学报第26卷可制备单质、合金和氧化物, 也可制备氮化物、硼化物和金刚石薄膜等. 其中, 以化学气相沉积法和化学镀膜法应用最广.4)相分离−沥滤法利用硼硅玻璃分相原理, 在低于1500℃下将硼硅酸盐玻璃熔化, 后在500~650℃下热处理, 分为不混熔的Na2O-B2O3相和SiO2相, 再用无机酸(5wt%)浸析得到SiO2骨架, 制得具有高SiO2含量、连续、相互连通细孔的多孔玻璃膜. 孔径可由配料组成、分相温度和浸析条件来调控.5)阳极氧化法在常温和酸性电解液中对薄金属片的一侧进行电解氧化, 并用强酸浸蚀掉未被氧化的金属部分, 再进行热处理, 形成一种孔径平均、且与金属表面垂直的微孔氧化金属膜.6)喷雾热分解法将金属盐溶液以喷雾的形式喷入高温气氛中, 立即使溶剂蒸发和金属盐热分解, 后因过饱和而析出的固相粒子吸附于载体上, 沉积成金属膜或合金膜.7)轨迹刻蚀法利用放射源产生的高能粒子(中子、α粒子或其它带电粒子)轰击绝缘的无机薄膜材料(如云母、玻璃等), 在材料中留下轨迹, 该轨迹在轴向上对腐蚀剂(如HF)的敏感度比在垂直于轴的方向上强很多, 因此可利用腐蚀剂刻蚀被高能放射粒子轰击过的无机薄膜材料, 得到孔径均匀、形状一致的直孔膜.8)溶胶凝胶−模板技术将溶胶−凝胶技术与模板剂技术相结合, 形成具有可剪裁的多孔结构无机膜的制备方法. 模板剂多为有机基团或者分子, 当体系由溶胶向凝胶转变时, 模板剂插入凝胶, 便于在后序热处理工序中烧掉模板剂, 在膜中形成基于模板剂分子大小的孔隙. 膜孔体积和大小由模板剂的性质和大小决定, 而模板剂可选择设计, 因此, 膜孔的结构和大小便可人为裁剪, 即提供了另一种创建类分子筛膜的方法, 可产生孔径有序的膜.3膜催化反应器的类型及其在制高纯氢中的应用膜催化反应器可以实现催化反应和分离过程的一体化, 其性能远优于传统固定床反应器. 可通过选择性移出某种产物或控制加入反应物的量来改善反应条件和效果. 对于受化学平衡限制的反应, 选择性地移出某种产物, 可获得远高于热力学和动力学限制的转化率; 控制加入某种反应物可调节副产物的浓度和停留时间, 从而提高产物的选择性. 选择性地移出某种产物, 可同时实现反应产物的分离.3.1膜催化反应器的类型根据催化性与选择性的不同, 膜催化反应器的类型主要有[17]:1) 惰性膜催化反应器膜本身无催化活性但有选择渗透性, 催化剂填充在反应器中, 反应在催化剂区域进行. 图3为惰性膜催化反应器示意图[18]. 膜仅起分离作用, 通过有选择地将反应中的部分或全部产物移走, 打破热力学化学平衡的限制, 使可逆反应的转化率提高. 该反应器大多涉及脱氢反应, 如环己烷脱氢在钯膜反应器中的转化率高达100%, 而同条件下其热力学平衡转化率仅为18.9%. 也可以降低反应温度或操作压力, 减少装置投资及操作成本. 此外还可用作控制器, 采用膜来控制进入反应器内反应物的浓度, 避免或降低反应器入口浓度分布不均和副反应的发生. 如Y2O3-ZrO2膜反应器, 由膜控制反应器内O2浓度的分布, 进而减少深度氧化.2)催化膜反应器膜兼具催化活性和分离选择渗透性, 反应区在膜内, 即膜本身是催化剂或向膜内引入催化点而使膜具有催化活性, 图4为催化膜反应器示意图[18]. Wu等[19]将活性组分TS-1分子筛嵌入到改性聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜中形成TS-1/PDMS复合膜, 使该复合膜兼具了催化活性和分离功能. Zaspalis等[20]研究表明负载在多孔膜上的催化剂的活性比传统球形催化剂高10倍以上, 与固定床反应器相比, 反应物及产物在膜孔中的停留时间大大减少, 因此可极大提高反应的选择性.图3 惰性膜催化反应器示意图[18]Fig. 3 Schematic diagram of the inert membrane catalytic reactor[18]图4 催化膜反应器示意图[18]Fig. 4 Schematic diagram of the catalytic membrane reactor[18]第12期闫云飞, 等: 膜催化反应器及其制氢技术的研究进展 12373) 固定床催化膜反应器在催化膜反应器中又装载催化剂, 以进一步增强其催化活性.4) 催化非渗透选择性膜反应器膜无选择渗透性, 仅用作催化活性组分的载体. 通过物料速率和压力来调节反应物或产物的渗透.5) 半渗透性膜催化反应器膜具有半渗透性, 是基于离子或电子的传导, 为反应透过而非反应物分子单纯透过. 如固体氧化物电解质膜对氧具有半渗透性, 但对其它气体分子则是不可穿透的. 该类反应器多用于电化学催化反应器中, 膜为电解质而催化剂为电极.3.2膜催化反应器在制氢过程中的应用3.2.1透氧膜催化反应器在制氢过程中, 透氧膜催化反应器直接从空气或含氧物质中分离氧气, 并作为氧源为催化反应动态供氧, 这种反应器具有投资、操作成本低、无NO x 污染、反应易控等突出优点, 比传统的空分制氧工艺降低50%左右的成本. Caro等[21]利用透氧膜催化反应器, 以空气作为氧源研究了甲烷、水蒸气和氧气的催化重整制氢特性, 该反应器可连续运行300h, 反应机理见图5.Jiang等[22]提出了水高温分解制氧与甲烷催化部分氧化耦合产氢的透氧型管壳式膜催化反应器, 其反应机理(见图6)为管内的水高温分解生成氧气和氢气, 氧气透过透氧型纤维膜扩散到管外, 不断地被甲烷催化部分氧化反应所消耗, 并产生合成气, 同时实现了氧气和氢气的分离, 甲烷催化部分氧化反应的放热又用于加热水, 水的分解继续进行, 实现整个反应的自维持运行. 该透氧膜催化反应器的优势在于能够同时提供纯净的氢气和合成气, 900℃、950℃时产氢率分别可达到2.25 mL/(cm2·min)和3.1 mL/(cm2·min). Shao 等[23]研究了Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF)膜反应器中以LiLaNiO/γ-Al2O3 为催化剂时, 甲烷的部分氧化特性, 见图7. 结果表明反应起始段, 透氧量、甲烷图5 透氧型甲烷(水蒸气)部分氧化催化反应机理[21]Fig. 5 Scheme of the POM reaction with oxygen separated from air[21] 图6 透氧型管壳式膜催化反应器水高温分解制氧与甲烷催化部分氧化耦合反应机理[22]Fig. 6 Mechanism of simultaneous production of hydrogen and synthesis gas by combining water splitting with POM in a perovskite oxygen-permeable hollow-fiber membrane[22]转化率及CO选择性均较小且增加较缓, 产物主要是CO2. 由于此时甲烷的还原能力较差, 起始段Ni0产生较难, CO的选择性增加较慢, 当Ni0达到一定数量后, CO的选择性快速增加, 850℃下经21h活化后膜反应器达到平衡, 透氧量为10.45 mL/(cm2·min), 甲烷转化率达到98.5%, CO的选择性为93.0%.近年来对混合导体透氧膜反应器也有较多研究, 其内部混合导体透氧膜是具有氧离子传导和电子传导能力的膜材料. 透氧机理是晶格中存在大量可移动的氧空位缺陷, 同时材料中含有可变价的金属离子. 当膜两侧存在氧化空位梯度时, 氧离子可通过氧空位产生定向移动, 形成氧离子的定向传输. 另外材料内部的电子传输使材料整体呈现电中性. 由于氧传输是氧离子通过氧空位并借助晶格振动来完成, 因此其它气体不能透过, 氧的选择透过性理论上可达到100%. 具体透氧过程是在高温、氧压差推动下, 从富氧端迁移到贫氧端的一个复杂的电化学过程, 可大致分为表面交换动力学过程和体相传输图 7 850℃时催化剂活化阶段透氧量、甲烷转化率、尾气流速、CO及CO2选择性与时间的关系[23]Fig. 7 Time dependence of oxygen permeation flux, methane conversion, tail gas flow rate, CO selectivity and CO2 selectiv-ity at the catalyst activation stage at 850℃[23]1238无 机 材 料 学 报 第26卷过程. 混合导体透氧膜材料表面具有良好的氧吸附和氧脱附特性, 这是透氧过程发生的前提; 体相内具有高的氧离子和电子电导特性是透氧过程完成的保证. 混合导体透氧膜的透氧过程主要包含9 步[24-26]: 1) 氧从气相扩散到膜表面(富氧端的外部扩散); 2) 氧物理吸附于膜表面; 3) 表面吸附氧解离及电子转移, 产生化学吸附氧; 4) 吸附氧进入膜表层, 与氧空位形成表面晶格氧; 5) 表面晶格氧和电子空位向体相扩散; 6) 晶格氧或氧离子与电子空位向膜的贫氧端传输; 7) 氧离子与传输过来的电子空位在膜表面结合重新形成化学吸附氧; 8) 氧在膜表面脱附; 9) 氧从膜表面扩散到气相中(贫氧端的外部扩散). 其中第1和9步为外部扩散过程, 与膜性质无关, 活化能较低, 约为20~30 kJ/mol; 第2、3、7和8步可在室温下发生. 第5步涉及O 2-离子与电子的传输, 与晶体中存在晶格缺陷和电子缺陷的性质有关, 一般只能在高温下发生, 第5步过慢则会导致体扩散控制透氧速率. 第2~4、6~8步过慢会导致表面反应控制透氧速率. 透氧速率通常取决于最慢的那步过程. 在高温透氧过程中, 透氧速率与膜两侧的氧分压、膜厚、温度、膜表面形貌及材料的组成等因素有关. 在某些情况下, 表面反应动力学过程和体相扩散过程联合成为透氧的速控步骤. 该类反应器无需外加电路, 膜本身可在高温和氧梯度下完成氧在膜内的传输, 进而将氧分离. 这种混合导体透氧膜材料可作为固体氧化物燃料电池、氧传感器的电极材料, 从含氧混合气中选择性分离氧的膜材料, 也可用于高温膜氧化反应, 如甲烷部分氧化制合成气、氧化偶联反应动态供氧.对混合导体透氧膜研究最多的材料是单相混合导体材料, 其中钙钛矿结构是透氧膜材料中最理想的一种结构形式. 1995年美国Argonne 国家实验室和Amoco 公司以空气作为氧化剂, 实现了混合导体透氧膜反应器内甲烷部分氧化制合成气反应过程, CH 4转化率达到98%, CO 选择性为90%, 膜材料在960℃及合成气气氛下可稳定运转1000h. 比常规的甲烷水汽重整制合成气过程节约25%~50%的成本, 表明该类膜材料在石油和天然气转化上具有巨大的应用价值[27]. 中科院大连化学物理研究所的熊国兴等[28]将钙钛矿型混合导体透氧膜(Ba 0.5Sr 0.5Co 0.8Fe 0.8O 2-δ)用于甲烷部分氧化制合成气反应, 催化剂为LiLaNiO x /γ-Al 2O 3, 875℃下稳定运行500 h, 氧渗透率为11.5 mL/(cm 2·min), 甲烷转化率和CO 的选择性分别大于97%和95%. Dong 等[29]提出了基于混合导体膜的自催化膜反应器, 见图8所示. 选择La 2Ni 0.9Co 0.1O 4+δ(LNCO)为透氧型膜, 多孔混合离子-电子导体La 2NiO 4+δ(LNO)作为膜的载体及催化剂的前驱体, 以空气为氧源, 使甲烷发生催化部分氧化反应, 制得氢气. 结果表明, 温度为1173 K 时, 透氧率为2.84 mL/(cm 2·min), 为空气/氦气中的 3.9倍, 甲烷转化率为68.3%, 产氢率为 8.0 mL/(cm 2·min), 氢气的选择性超过90%, 可稳定运行120 h.Teraoka 等[30]研究发现800℃时, SrCo 0.8Fe 0.2O 3-δ在氧分压为 2.13×104 Pa/He 气氛下透氧量为 3.09 mL/(cm 2·min). Teraoka 等[31]在测定La 1-x Sr x Co 1-y Fe y O 3-δ透氧膜的透氧量时发现, 透氧量随Sr 与Co 含量的增加而增加, 且主要取决于氧空位浓度. 邵宗平等[32]开发出铋基混合导体透氧膜, 具有较高的透氧量, 900℃时透氧量为1.035 mL/(cm 2·min). Wang 等[33]在875℃、空气/He 气氛下对钙钛矿型Ba 0.5Sr 0.5Co 0.8Fe 0.2O 3-x 膜反应器内的甲烷部分氧化特性进行了研究, CH 4转化率与CO 选择性分别为97%和95%, 透氧量高达11.5 mL/(cm 2·min), 该膜材料具有良好的相结构和热化学稳定性. 对于混合导体透氧膜来讲, 氧扩散速率主要由受体相氧的传递速率和表面氧的交换速率两方面来控制, 而致密型混合导体透氧膜的透氧过程基本上是体相扩散控制, 但当膜厚度小于某临界厚度时, 透氧过程将会由表面氧交换过程所控制, 此时可通过改善膜的有效表面积和表面氧的脱吸附活性, 来增强膜的透氧能力[34-35]. 一般地, 混合导体膜材料难以同时满足高透氧量和稳定性的要求, 通常通过对膜进行表面修饰, 可以改善膜表面氧的吸脱附特性, 增加表面氧的交换速率, 同时改善膜材料的稳定性. Lee 等[36]采用多孔的La 0.6Sr 0.4CoO 3-δ对La 0.7Sr 0.3Fe 0.4O 3-δ膜材料进行表面修饰, 既增加了膜表面的有效氧交换面积, 也提高了膜对氧解离吸附的活性, 使膜材料的透氧量增大了4倍.甲烷部分氧化反应对透氧膜材料要求苛刻, 单相混合导体材料通常难以满足, 目前多采用双相混图8 自催化膜反应器制氢示意图[29]Fig. 8 Schematic diagram of the self-catalytic membrane reactor for hydrogen production [29]。
无机膜催化反应(1)
无机膜催化反响1、无机膜资料及其制备1.1无机膜资料无机膜资料多种多样，如金属膜及合金膜，它是以金属粉末（如Pd 或 Pd-Ag 合金）为原料涂装成管式模件再经过烧结而成。
玻璃膜则是某种由 SiO2、B2O3、Na2O构成的平均玻璃熔融物经过分相形成两相，而后在酸中浸制而成的。
陶瓷膜有 Al2O3 膜、 ZrO2 膜，以其热稳固性最好著称。
碳膜则是经过将特别精美的炭微粒产生疏别层而形成的或经过将石墨膏挤制成管式膜，而后再使精美微粒堆积在这类对称构造上而制得的。
固体氧化物膜是拥有离子活度的电解质膜，它属于选择浸透性膜，此中 YSZ、CSZ和 MSZ在化学反响中获得了宽泛的应用。
无机膜催化反响的重点是膜资料，其微观构造特色及浸透扩散性能决定了膜催化反响的性能，所以开发新的无机膜资料及研究无机膜的制备技术向来遇到膜科学工作者极大的重视。
1.2无机膜的制备溶胶——凝胶法以金属醇盐及其化合物为原料，在必定介质和催化剂存有的条件下，进行水解一缩聚反响，使溶液由溶胶变为凝，胶，再经干燥、热办理而获得合成资料。
溶胶一凝胶法制备 Al2O3 膜、 SiO2 膜、 TiO2 膜、ZrO2 膜的研究已屡见报导。
化学提取法（刺蚀法）将制膜固体原资料进行某种办理，使之产生相分别，而后用化学试剂（刻蚀剂）办理，使此中的某一相在刻蚀剂的作用下，溶解提取，即可形成拥有多孔构造的无机膜。
化学气相堆积法（CVD）化学气相堆积法是在远高于热力学计算临界反响温度条件下，反响产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，而后自动凝集形成大批的晶核，这些晶核长大齐集成颗粒后，堆积吸附在基体资料上，即制得无机膜。
喷雾热分解法（SP法）喷雾热分解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温氛围中，此时立刻惹起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，随后因过饱和而析出固相粒子并吸附在载体上，堆积成金属膜或合金膜。
除了以上提到的制备方法外，制备无机膜的方法还有：分子筛炭膜法、原位合成法、水热晶化法、复合法、涂敷蒸气相法、电化学蒸发凝集法、无电镀法、浮游催化法、金属有机化学堆积法、涂层法等等。
催化反应过程进展
18
催化吸收耦联
在进行催化合成反应的同时，产物被一种溶剂选择性吸 收，使催化与吸收分离过程同时进行；
目前较成熟的工艺是催化吸收耦联生产甲醇新工艺 常用的溶剂是四乙撑乙二醇二甲醚，它有很好的热稳定
性，甲醇和水在其中的溶解度远大于氢、一氧化碳、二 氧化碳和甲烷 甲醇被固相催化合成的同时，被选择性吸收，使催化和 分离同时进行，改变了气固相催化反应的平衡限制，提 高了原料的转化率，气体无须循环，节省动力。
不同于所有其他膜分离过程,渗透蒸发在物质传递过程 中有相变化。渗透蒸发过程只有膜的致密活性层起分离 作用。
一般按溶解—扩散机理描述渗透蒸发过程的传质现象： (1)进料在膜一侧溶解； (2)溶解在膜中的组分通过膜扩散到透过侧： (3)组分在膜透过侧汽化。
渗透蒸发可选择地脱去某种组分。当用于化学反应时, 能选择性地脱去部分或全部生成物，使逆反应受到抑制， 从而使最终转化率超过平衡转化率。
“反应精馏”工艺彻底改变了长期以来人们对反应和分离过程的传统 认识，它使化学反应过程和精馏分离的物理过程结合在一起，是伴有 化学反应的新型特殊精馏过程。
“反应精馏”概念自1921年由Bacchaus提出以来，已经历了从30年 代到60年代对特定体系的工艺探索、70年代提出反应精馏的计算方法、 80年代进行数学模拟和最优化研究以及目前的工业应用等几个发展阶 段。
2）热回收效率更高 3）热回收成本低
传统的间壁式换热器一次性投入较高。而流向变 化的固定床反应器是气固直接接触，结构简单，总的 传热系数较高，且单位体积床层的传热面大（等于填 料比表面积），因此效果较好。
4）自热操作区更宽 传统流程由于热损失较大及传热效率低，为了维
持自热，单位时间需要的反应提供的热量较多，这就 需要较高的反应物浓度。而流向变化的反应器即使在 反应物浓度为传统的1/10时，仍能维持自热。
膜催化剂制备过程的工艺流程
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化学催化剂表面反应
化学催化剂表面反应催化是一种通过添加催化剂来加速化学反应速率的方法。
化学催化剂表面反应是催化过程中的一个重要环节，它在催化剂表面上进行，通过吸附和解离反应物分子，形成中间体，并进一步转化为产物。
本文将探讨化学催化剂表面反应的机制和影响因素。
一、化学催化剂表面反应机制化学催化剂表面反应涉及一系列的步骤，包括吸附、解离、中间体形成和再吸附等。
这些步骤在催化剂表面上发生，形成了一个复杂的反应网络。
1. 吸附吸附是表面反应的第一步，它指的是反应物分子吸附到催化剂表面上。
吸附分为物理吸附和化学吸附两种方式。
物理吸附是通过分子之间的范德华力吸附，而化学吸附则是通过化学键的形成实现。
吸附能力取决于催化剂和反应物之间的相互作用力。
2. 解离解离是指吸附在催化剂表面上的反应物分子发生键的断裂，形成吸附中间体。
通过解离反应，反应物的键能会转化为催化剂表面上的键能。
3. 中间体形成中间体是指在解离过程中形成的具有反应活性的物种。
中间体可以进一步发生反应，生成产物，也可以再次吸附到催化剂上。
4. 再吸附在催化剂表面上形成的产物分子可能发生再吸附，导致反应的逆向过程。
再吸附的原因包括副反应的发生、活性位点的饱和以及温度和压力的变化等。
二、化学催化剂表面反应的影响因素化学催化剂表面反应的速率受到多种因素的影响。
1. 催化剂的物理和化学性质催化剂的物理和化学性质直接影响表面反应的活性。
例如，催化剂的表面积、孔结构和晶体结构会影响反应物分子在表面上的吸附和解离能力；催化剂的酸碱性质和金属配位环境也会影响中间体的形成和再吸附。
因此，选择合适的催化剂是实现高效表面反应的关键。
2. 反应物的性质反应物的性质也对催化剂表面反应起着重要的影响。
反应物的吸附性质、反应活性以及反应物之间的相互作用力都会影响反应速率。
此外，反应物的浓度和温度也会对表面反应的速率有显著影响。
3. 外界条件外界条件如温度、压力和溶剂等也对催化剂表面反应起着调控作用。
反应动力学中的催化过程探讨
反应动力学中的催化过程探讨反应动力学是研究化学反应速率和反应机理的重要分支学科。
催化反应是反应动力学中的重要分支，催化剂的引入可以加快反应速率，降低反应能量。
本文将探讨催化反应机理，以及如何改变催化反应速率的因素。
一、催化反应机理催化反应是指在化学反应中，引入某种物质（催化剂），能够降低反应物之间的碰撞能量，使得反应更容易发生的一种反应过程。
催化剂的引入可以改变反应物的化学反应路径，并改变反应的速度常数。
催化反应的机理主要包括两个阶段：催化剂吸附和反应过程。
催化剂吸附是指催化剂表面吸附反应物，形成表面物种。
催化剂表面物种与反应物之间的相互作用会导致化学键的形成和断裂，从而造成化学反应发生。
反应过程中，催化剂不会被消耗或改变，因此催化剂可以在多次反应中循环使用。
二、催化反应速率的影响因素1.催化剂种类催化剂的种类对于催化反应的速率起着重要的影响。
不同的催化剂对于不同的反应有着不同的催化效应。
例如，氢氧化钠可以催化脂肪酸和碳酸酯的酯化反应，而氢氧化钾却不能起到催化作用。
因此，在选择催化剂时，需要根据反应物的性质和反应条件进行选择。
2.催化剂的浓度催化剂的浓度对于催化反应速率也有影响。
当催化剂浓度增加时，催化剂表面吸附反应物的概率也会增加，因此反应速率也会随之增加。
但是当浓度达到一定程度时，反应速率将会保持不变，因为反应物已经饱和地吸附在催化剂表面上。
3.反应物浓度当反应物浓度增加时，反应物分子与催化剂表面物种相互碰撞的概率也会增加，因此反应速率也会随之增加。
但是当浓度达到一定程度时，反应速率将会保持不变，因为反应物已经占据了催化剂表面吸附的全部位置。
4.反应温度反应温度对于反应速率也有影响。
当反应温度升高时，反应物分子的运动速度会加快，从而增加了与催化剂表面物种相互碰撞的概率，反应速率也会随之增加。
但是当温度过高时，催化剂表面物种会发生失活，失去催化活性。
三、结论催化反应是一种重要的化学反应形式，通过引入催化剂，可以加快反应速率，改变反应物的化学路径。
杂多化合物薄膜催化异丁烯水合反应
杂多化合物薄膜催化异丁烯水合反应近年来，杂多化合物薄膜催化异丁烯水合反应（heterobutene hydration reaction，HBR）受到了越来越多的关注。
HBR是一种催化反应，它能够将异丁烯（iso-butene）由不同的羟基得反应物转化为3-山梨醇（3-pentanolo），从而有效地利用异丁烯的浪费的产物。
虽然HBR的研究起步比较晚，但得益于杂多化合物薄膜催化技术的发展，它受到了越来越多的关注。
首先，杂多化合物薄膜催化技术能够实现HBR反应的高效性。
这是因为薄膜催化技术能够在有限的反应物和表面活性剂的情况下产生HBR反应，而且反应的活性可以通过调节薄膜层的厚度来改变。
此外，薄膜催化反应也能够避免一些反应副反应的发生，有利于HBR反应的效率提高。
其次，杂多化合物薄膜催化反应的反应条件也是很宽容的。
因为薄膜催化反应操作温度较低，可以降低温度，从而更好地控制反应。
此外，薄膜催化反应还可以在较高压力下进行，具有较强的适应性。
此外，杂多化合物薄膜催化HBR反应还具有一定的经济效益。
因为薄膜催化反应属于可控反应，从设备投资、运行成本和废弃物处理费用等方面来讲，比传统反应要低很多。
此外，杂多化合物薄膜催化HBR反应也具有可操控的优势，可以通过改变反应条件来调节反应效率，也可以操控反应生成产物的比例，从而调节反应的竞争性。
最后，杂多化合物薄膜催化HBR反应的可抗衰老性也是一个非常重要的项目。
因为薄膜催化技术可以有效地抑制催化剂的热衰老，从而可以降低反应时间并维持反应活性，大大提高反应效率。
综上所述，杂多化合物薄膜催化异丁烯水合反应具有很强的反应性能，可以提高反应效率，具有较好的经济效益，可以操控反应的竞争性，还具有可抗衰老性。
因此，杂多化合物薄膜催化HBR反应有望成为未来HBR反应的新技术。
这项技术目前还处于发展阶段，有待进一步完善。
首先，薄膜催化反应的反应条件优化要求全面研究，以实现最佳反应性能；其次，薄膜催化技术还需要更多地研究，丰富相关研究领域，使薄膜催化技术在其他反应中也得到应用。
第六节 膜催化反应过程
一、膜催化反应过程： 催化转化和产品分离组合在一起的过程 二、膜与催化剂的组合形式： 1、膜与催化剂作为膜催化反应器的两个分立的组成部 分； 2、催化剂填装在管状膜催化反应器中；
3、膜物质本身具有催化活性。
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第二节 膜催化反应过程
三、膜催化比常规催化过程的显著优点：
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第二节 膜催化反应过程
2、烃类加氢反应：
通常采用钯膜或钯合金膜组成膜反应器。由于透过钯
膜或钯合金膜的氢是高度活化的原子氢，因此加氢活性可 极大地提高。
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第二节 膜催化反应过程
3、烃类氧化反应：
通常采用金属氧化物膜组成膜反应器。如氧化铅膜可
致密膜等。
3、按膜的形状可分为：
管状膜；中空管状膜；平板膜等。
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第二节 膜催化反应过程
五、几个例子：
1、烃类脱氢反应：
通常将传统催化剂装入 γ-Al2O3 等多孔陶瓷管状膜中组 成膜反应器。反应生成的 H2 透过膜被惰性气体吹走，从 而使脱氢反应的化学平衡向有利于产物的方向移动，提高 了反应的转化率。如环己烷脱氢制环己烯等。
1、扩散阻力小；
2、选择性高（如果催化膜具有选择性透过功能，可获 得高纯度产品）； 3、反应温度易控制。
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第二节 膜催化反应过程
四、膜催化剂的分类：
1、按膜的性质可分为：
无机膜；有机膜；金属膜；合金膜；陶瓷膜；玻璃 膜；氧化物膜；复合膜等。 2、按膜的结构可分为： 多孔膜；微孔膜；超微孔膜（具有半渗透功能）；
无机膜催化反应
无机膜催化反应1无机膜材料及其制备1.1无机膜材料无机膜材料多种多样，如金属膜及合金膜，它是以金属粉末(如Pd或Pd-Ag合金)为原料涂装成管式模件再通过烧结而成。
玻璃膜则是某种由SiO2、B2O3、Na2O组成的均匀玻璃熔融物通过分相形成两相，然后在酸中浸制而成的。
陶瓷膜有Al2O3膜、ZrO2膜，以其热稳定性最好著称。
碳膜则是通过将非常精细的炭微粒产生分离层而形成的或通过将石墨膏挤制成管式膜，然后再使精细微粒沉积在这种对称结构上而制得的。
固体氧化物膜是具有离子活度的电解质膜，它属于选择渗透性膜，其中YSZ、CSZ和MSZ在化学反应中得到了广泛的应用。
无机膜催化反应的关键是膜材料，其微观结构特点及渗透扩散性能决定了膜催化反应的性能，因此开发新的无机膜材料及研究无机膜的制备技术一直受到膜科学工作者极大的重视。
1.2无机膜的制备1.2.1溶胶——凝胶法以金属醇盐及其化合物为原料，在一定介质和催化剂存在的条件下，进行水解一缩聚反应，使溶液由溶胶变成凝，胶，再经干燥、热处理而得到合成材料。
溶胶一凝胶法制备Al2O3膜、SiO2膜、TiO2膜、ZrO2膜的研究已屡见报道。
1.2.2化学提取法(刺蚀法)将制膜固体原材料进行某种处理，使之产生相分离，然后用化学试剂(刻蚀剂)处理，使其中的某一相在刻蚀剂的作用下，溶解提取，即可形成具有多孔结构的无机膜。
1.2.3化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是在远高于热力学计算临界反应温度条件下，反应产物蒸气形成很高的过饱和蒸气压，然后自动凝聚形成大量的晶核，这些晶核长大聚集成颗粒后，沉积吸附在基体材料上，即制得无机膜。
1.2.4喷雾热分解法(SP法)喷雾热分解法是将金属盐溶液以雾状喷入高温气氛中，此时立即引起溶剂的蒸发和金属盐的热分解，随后因过饱和而析出固相粒子并吸附在载体上，沉积成金属膜或合金膜。
除了以上提到的制备方法外，制备无机膜的方法还有：分子筛炭膜法、原位合成法、水热晶化法、复合法、涂敷蒸气相法、电化学蒸发凝聚法、无电镀法、浮游催化法、金属有机化学沉积法、涂层法等等。
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1、扩散阻力小；
2、选择性高（如果催化膜具有选择性透过功能，可获 得高纯度产品）； 3、反应温度易控制。
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第二节 膜催化反应过程
四、膜催化剂的分类：
1、按膜的性质可分为：
无机膜；有机膜；金属膜；合金膜；陶瓷膜；玻璃 膜；氧化物膜；复合膜等。 2、按膜的结构可分为： 多孔膜；微孔膜；超微孔膜（具有半渗透功能）；
用于甲烷氧化偶联制乙烯。
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4、CO水蒸汽变换反应：
如采用多孔金属 /SiO2组成的复合膜反应器，能大大提
高反应的效率。பைடு நூலகம்
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第二节 膜催化反应过程
2、烃类加氢反应：
通常采用钯膜或钯合金膜组成膜反应器。由于透过钯
膜或钯合金膜的氢是高度活化的原子氢，因此加氢活性可 极大地提高。
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第二节 膜催化反应过程
3、烃类氧化反应：
通常采用金属氧化物膜组成膜反应器。如氧化铅膜可
致密膜等。
3、按膜的形状可分为：
管状膜；中空管状膜；平板膜等。
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第二节 膜催化反应过程
五、几个例子：
1、烃类脱氢反应：
通常将传统催化剂装入 γ-Al2O3 等多孔陶瓷管状膜中组 成膜反应器。反应生成的 H2 透过膜被惰性气体吹走，从 而使脱氢反应的化学平衡向有利于产物的方向移动，提高 了反应的转化率。如环己烷脱氢制环己烯等。
第二节 膜催化反应过程
一、膜催化反应过程： 催化转化和产品分离组合在一起的过程 二、膜与催化剂的组合形式： 1、膜与催化剂作为膜催化反应器的两个分立的组成部 分； 2、催化剂填装在管状膜催化反应器中；
3、膜物质本身具有催化活性。
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第二节 膜催化反应过程
三、膜催化比常规催化过程的显著优点：