催化剂导论PPT讲稿
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催化作用导论 第一章 催化作用基础.ppt
二、催化剂和催化过程 在国民经济中的地位与作用
1、对工业及经济的影响 2、对科学技术的影响 3、对人类日常生活的影响 4、催化剂市场
对科学技术的影响
工业催化包括两方面的工作： • 催化科学前沿领域工作（包括新型催
化剂的研制、开发，以及催化剂新现象、 新理论的研究）。 • 根据客户提出的要求，为客户设计具有 特定性能的工业催化剂产品，“订制” （包括催化剂的造型、正常操作要求、测 试及催化剂的再生）。
• 区别一个概念：
均相催化反应体系：有催化剂存在。 均相非催化反应体系 ：
2、按催化反应分
氧化还原反应：包括氧化、加氢和脱氢
酸碱反应：包括异构化、环化、歧化、脱水、 水合等过程
二、催化剂的分类
1、按催化过程分 均相催化剂：
多相催化剂：
2、按具有的催化功能 氧化－还原催化剂
酸碱催化剂 双功能催化剂 …………
工业催化剂的发展阶段
• 1923年，Fischer与tropsch F－T合成。 • 1936年，Houdry公司 利用改性的天然白土作为催化裂化剂，
生产高辛烷值汽油。 • 1953年，Ziegler－Natta 烷基铝－TiCl4为催化剂，实现了高
密度聚乙烯HDPE的工业化生产。 • 60年代初，人们意识到对环境污染导致的严重性，开始研
3、按催化的具体反应 ：氧化催化剂、 加氢催化剂、脱氢催化剂、
异构催化剂、环化催化剂 … …
4、按催化剂在使用条件下的物态
过渡金属催化剂：如N2+H2----------Fe 金属氧化物催化剂：如SO2--------SO3-------V2O5 硫化物：如CO+H2O-------CO2+H2-------Co-Mo 固体酸催化剂：如用于催化裂化的稀土分子筛 过渡金属络合物：
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
催化剂ppt课件
20
相转移催化原理：气-液相转移催化反响体系
将典型的相转移催化剂与固体反响物或固体支持物(如硅胶、氧化铝等〉同置于反 响床中，首先在加热条件下构成气-液相转移催化反响体系，然后再经过反响床在 出口处搜集导出产物及未反响的原料气。
例如，当卤代烃经过由脂肪或芳香羧酸盐和季铵盐组成的反响床时，可以得到相 应的羧酸酯。
23
3.4.5 三相催化剂及催化作用
三相催化剂被用于腈、醚、卤素交换等反响。 它们比可溶的相转移催化剂 优越之处在于：反响之后易于分别，可再生利用。 缺陷：由于载体的介入，活性想对降低。 三相相转移催化剂的特点： ⒈ 不溶于水、酸、碱和有机溶剂，反响终了后只需简单过滤即可定量回收； ⒉ 可多次反复运用，而活性不降低或略微降低，反响产物从反响体系中的分别提
较贵
易
不困难（依赖于反应条件）
蒸馏
价格 液-液相，液-固相
液-固相
16
回收 不重要 反应体 小
重要 大
易 低 蒸馏 液-液相，液-固相 不重要 小
3.4.3 相转移催化机理
相转移催化反响普通属于两相反响，反响过程主要包括反响物从一相向另外一相 的转移以及被转移物质与待转移物质发生化学反响。至今为止开展了多种不同的 催化反响机理
6
3.1.5 催化剂的根本性能
催化活性 催化剂的活性是评价催化剂的一种度量，是指催化剂加快化学反响速度的性能，实
践是指催化反响速度与非催化反响速度之差。
催化活性，指物质的催化作用的才干，是催化剂的重要性质之一。物质的催化活
性是针对给定的化学反响而言的。工业消费上常以每单位容积(或质量)催化剂在单位
7
3.1.5 催化剂的根本性能 催化剂选择性 催化剂并不对热力学所允许的一切化学反响都起催化作用，而仅对平行反响或
催化剂工程导论课件
12
Байду номын сангаас
• 剂开发者的配方优化问题。
•
⑵在催化剂CAD设计中，神经元网络
更能客观地反映各组分的协同交互作用，
更适于处理复杂体系的催化剂。
•
⑶在相对有限的制备和评价实验基础
上，神经元网络可以模拟和替代部分的“
计算机试验”工作，以减少人工试验的强
度和时间，提高催化剂开发效率。
13
• 用于催化剂CAD设计的人工神经元网络 技术， 具体的过程可以分为以下步骤：
• ⑴进行基础试验，考评各种催化剂体系 的结果，从中择一个合适的体系进行神经 元网络辅助设计；
9
• ⑵将所选择的催化剂体系的试验数据进行 整理，分析各活性组分对反应结果的大致 影响，判别是否需要补充试验点。
• ⑶将试验数据作为神经网络的学习样本， 根据网络的收敛速度和学习速度来选择合 适的网络结构模型。这个网络模型实际上 相当于能够定量化的体系中的建模过程。 ⑷选择有代表性的数据作为神经元网络的 训练集和测试集，对网络进行训练和测试， 如果测试结果不能满足要求，则返回(3) 重新选择网络，直至满意为止。
•
CATDB Cat.设计数据库
3
•
NIST (美国国家标准与技术研究所)化学
动力学数据库，收集了1906年以来的基元反应
动力学方面的数据。
•
CATDB Cat.设计数据库，日本国家工业化
学实验室桑原靖等人开发，由一个事实数据库
和几个应用程序组成。
• (二) 专家系统
• 目的： 能使计算机具有人类专家那样解决问题 的“思维”能力，依靠大量的专门知识(往往存 贮于数据库中)以解决特定领域中的复杂问题。
10
• ⑸将训练好的网络作为描述催化反应体系 的模型和优化计算的目标函数文件，建立 优化程序；该过程中必须严格限制优化的 范围。
Байду номын сангаас
• 剂开发者的配方优化问题。
•
⑵在催化剂CAD设计中，神经元网络
更能客观地反映各组分的协同交互作用，
更适于处理复杂体系的催化剂。
•
⑶在相对有限的制备和评价实验基础
上，神经元网络可以模拟和替代部分的“
计算机试验”工作，以减少人工试验的强
度和时间，提高催化剂开发效率。
13
• 用于催化剂CAD设计的人工神经元网络 技术， 具体的过程可以分为以下步骤：
• ⑴进行基础试验，考评各种催化剂体系 的结果，从中择一个合适的体系进行神经 元网络辅助设计；
9
• ⑵将所选择的催化剂体系的试验数据进行 整理，分析各活性组分对反应结果的大致 影响，判别是否需要补充试验点。
• ⑶将试验数据作为神经网络的学习样本， 根据网络的收敛速度和学习速度来选择合 适的网络结构模型。这个网络模型实际上 相当于能够定量化的体系中的建模过程。 ⑷选择有代表性的数据作为神经元网络的 训练集和测试集，对网络进行训练和测试， 如果测试结果不能满足要求，则返回(3) 重新选择网络，直至满意为止。
•
CATDB Cat.设计数据库
3
•
NIST (美国国家标准与技术研究所)化学
动力学数据库，收集了1906年以来的基元反应
动力学方面的数据。
•
CATDB Cat.设计数据库，日本国家工业化
学实验室桑原靖等人开发，由一个事实数据库
和几个应用程序组成。
• (二) 专家系统
• 目的： 能使计算机具有人类专家那样解决问题 的“思维”能力，依靠大量的专门知识(往往存 贮于数据库中)以解决特定领域中的复杂问题。
10
• ⑸将训练好的网络作为描述催化反应体系 的模型和优化计算的目标函数文件，建立 优化程序；该过程中必须严格限制优化的 范围。
催化剂及其催化作用概述ppt课件
➢ （2）负载型杂多酸固体酸催化剂。
此外，交联型固体酸催化剂（硅锆交联蒙 脱土）
精细化工
合成增塑剂
1邻苯二甲酸二酯（DOP）（由苯酐和 2-乙基己醇合成催化剂为SO2-4/TiO2Al2O3
酯化率可达99%
2己二酸二辛酯（DOA）（PVC优良耐 寒助剂（SO2-4/ZrO2-La2O3）
3蔗糖八乙酯（SO2-4/TiO2）
O
O Al O O C2H5
乙氧基
O Al O OH
高温
O
O
CH2 CH2+H2O+ HO Al O Al O
O-
O
O
HO AlH O Al
O
O
低温
O
C2H5OC2H5
C2H5 C2H5
异丙苯裂解
在B酸中心下进行
CH3 CH CH3 H + H+
HC CH3 + CH3
+ CH3CH CH3
酸性强弱与催化反应关系
➢金属氧化物表面的金属离子是L酸，氧负离 子是L碱。金属离子的电负性越大，则金属离 子的酸性越强。
➢金属氧化物的碱性也可以同电负性相关联, 但由于金属氧化物表面往往含有羟基这时的 酸碱性由M-OH中M-O的键本质决定.若M-O键强, 则解离出H+,显酸性,反之,若M-O键弱,则解离 出OH-,显碱性。
丙烯酸丁酯用于表面涂料，粘合剂，密 封剂，皮革处理剂（ SO4 2- /TiO2）
甲基丙烯酸异丁酯是耐酸耐碱性涂料的 基料SO4 2- /ZrO2-TiO2
L-H模型与E-R模型
L-H（Langmuir-Hinshelwood）
A+B+ S-S
此外，交联型固体酸催化剂（硅锆交联蒙 脱土）
精细化工
合成增塑剂
1邻苯二甲酸二酯（DOP）（由苯酐和 2-乙基己醇合成催化剂为SO2-4/TiO2Al2O3
酯化率可达99%
2己二酸二辛酯（DOA）（PVC优良耐 寒助剂（SO2-4/ZrO2-La2O3）
3蔗糖八乙酯（SO2-4/TiO2）
O
O Al O O C2H5
乙氧基
O Al O OH
高温
O
O
CH2 CH2+H2O+ HO Al O Al O
O-
O
O
HO AlH O Al
O
O
低温
O
C2H5OC2H5
C2H5 C2H5
异丙苯裂解
在B酸中心下进行
CH3 CH CH3 H + H+
HC CH3 + CH3
+ CH3CH CH3
酸性强弱与催化反应关系
➢金属氧化物表面的金属离子是L酸，氧负离 子是L碱。金属离子的电负性越大，则金属离 子的酸性越强。
➢金属氧化物的碱性也可以同电负性相关联, 但由于金属氧化物表面往往含有羟基这时的 酸碱性由M-OH中M-O的键本质决定.若M-O键强, 则解离出H+,显酸性,反之,若M-O键弱,则解离 出OH-,显碱性。
丙烯酸丁酯用于表面涂料，粘合剂，密 封剂，皮革处理剂（ SO4 2- /TiO2）
甲基丙烯酸异丁酯是耐酸耐碱性涂料的 基料SO4 2- /ZrO2-TiO2
L-H模型与E-R模型
L-H（Langmuir-Hinshelwood）
A+B+ S-S
催化剂PPT课件
2.烧结失活 主要为在
450℃以上的高温 环境，会引起催化 剂活性位置烧结， 导致催化剂颗粒增 大, 表面积减小， 因而使催化剂活性 降低。
作为SCR催化剂的载体和活性元素，必须在 一定的温度范围内有良好的热稳定性能，以避免催 化剂在长期使用过程中出现微晶结构发生变化而造 成烧结的现象，从而导致比表面积的丧失，并最终 致使脱硝活性下降。在钛基钒类商用催化剂中通常 加入WO3来最大限度地减少催化剂的烧结。
在SCR系统中选用TiO2作为催化剂的载体，其主要 原因有： （1）钒的氧化物在TiO2的表面有很好的分散度。 （2）TiO2抗硫化能力强，且硫化过程可逆。
目前广泛采用的催化剂成分：
商业应用的催化剂是分散在TiO2上，以V2O5为主要活性组分， WO3或MoO3为助催化剂的钒钛体系，即V2O5一WO3/TiO2或 V2 O5一MoO3／TiO2。其中WO3或MoO3占5％～10％，V2O5 占1％～5％，TiO2占绝大部分。催化剂活性以V2O5最高，加 入WO3或MoO3作为助催化剂，在保持催化还原NOX活性的基 础上尽可能减少对SO2的催化氧化。助催化剂的加入提高水 热稳定性，抵抗烟气中As等有毒物质。
3.催化剂的积碳失活 催化剂使用过程中，因表面逐渐形成炭的沉积物
而使催化剂活性下降的过程称为积炭失活。随着积炭 量的增加，催化剂的比表面积、孔容、表面酸度及活 性中心数均会相应下降，积炭量达到一定程度后将导 致催化剂的失活。积炭越快，催化剂的使用周期越短。 与催化剂中毒相比，引起催化剂积炭失活的积炭物量 比毒物量要多得多，积炭在一定程度上有延缓催化剂 中毒作用，但催化剂的中毒会加剧积炭的发生。与单 纯的因物理堵塞而导致的催化剂失活相比，积炭失活 还涉及反应物分子在气相和催化剂表面的一系列化学 反应问题。
《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
专家评价
课件内容丰富，知识点全面
课件设计合理，易于理解
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课件实用性强，有助于提高教 学效果
社会影响
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催化剂课件
PPT,a click to unlimited possibilities
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
催化作用与催化剂PPT课件
• 载体有天然的和人工合成的，可划分为低比表 面和高比表面两大类。
• 载体关系到催化剂的活性、选择性、热稳定性、 机械强度，也关系到催化过程的传质特性。
载体的功能
1、提供有效的表面和合适的孔结构； 2、增强催化剂的机械强度； 3、改善催化剂的热稳定性； 4、减少活性组分的含量； 5、提供附加的活性中心； 6、与活性组分之间的溢流现象和强相互作
反应物
催化剂对反应具有选择性
-实例
催化剂及反应条件
产物
CO+H2
Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～ 3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
合成氨的反应中，铁系催化剂可以单独作为主催化 剂，已成功工业化数十年，近年的研究证明，使用 Mo-Fe合金更好，合金中Mo含量在80%时其活性比 单独的Fe或Mo都高，这里Mo就是主催化剂，而Fe反 倒成了共催化剂
助催化剂(promoter)
• 助催化剂是加到催化剂中的少量物质 （<5~10%) ，是催化剂的辅助成分，本身没有 催化活性或活性很小。
本章主要内容
1
催化作用的定义
2
催化作用的特征
3
催化剂的组成
催化剂分类 4
催化剂的反应性性能及对工业催
5
化剂的要求
1
催化作用的定义
Catalysis: 1835~1836年，瑞典学者J.J.Berzelius提出，“cata” 意思是“down”,而“lysis”为动词，意思是分裂或者破坏，当时认 为:“一种催化剂是破坏阻碍化学反应进行的正常力。
• 载体关系到催化剂的活性、选择性、热稳定性、 机械强度，也关系到催化过程的传质特性。
载体的功能
1、提供有效的表面和合适的孔结构； 2、增强催化剂的机械强度； 3、改善催化剂的热稳定性； 4、减少活性组分的含量； 5、提供附加的活性中心； 6、与活性组分之间的溢流现象和强相互作
反应物
催化剂对反应具有选择性
-实例
催化剂及反应条件
产物
CO+H2
Rh/Pt/SiO2，573K，7×105Pa Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107～ 2.0266×107Pa
Rh络合物,473～573K, 5.0665×107～ 3.0399×108Pa
Cu,Zn,493K, 3×106Pa
合成氨的反应中，铁系催化剂可以单独作为主催化 剂，已成功工业化数十年，近年的研究证明，使用 Mo-Fe合金更好，合金中Mo含量在80%时其活性比 单独的Fe或Mo都高，这里Mo就是主催化剂，而Fe反 倒成了共催化剂
助催化剂(promoter)
• 助催化剂是加到催化剂中的少量物质 （<5~10%) ，是催化剂的辅助成分，本身没有 催化活性或活性很小。
本章主要内容
1
催化作用的定义
2
催化作用的特征
3
催化剂的组成
催化剂分类 4
催化剂的反应性性能及对工业催
5
化剂的要求
1
催化作用的定义
Catalysis: 1835~1836年，瑞典学者J.J.Berzelius提出，“cata” 意思是“down”,而“lysis”为动词，意思是分裂或者破坏，当时认 为:“一种催化剂是破坏阻碍化学反应进行的正常力。
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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• 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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19
催化剂的特征
③ 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）
④ 能加快化学反应的速度，也能减慢化 学反应的速度
20
催化剂的特征
⑤ 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， 但对合成氨反应却无效
ACS Catalysis Catal Sci Tech ChemCatChem
13
④ 催化期刊
英文
Angew Chem Int Edit (IF>13) Fuel
J Am Chem Soc (IF>9)
Fuel Process Techn
Chem Commun (IF>6)
Energy &室 联系电话 : 6087 7221(O)
137 6459 8427
5
0 绪论
① 催化剂的作用 ② 课程主要内容 ③ 主要参考书 ④ 催化期刊
6
① 催化剂的作用
——化学工业的基石
➢ 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 (合成树脂和塑料、合成橡胶、合成纤维) 石油炼制与化工：汽油、柴油
位置。 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。
18
催化剂的特征
对于可逆反应，由于 K平＝k正/k逆 能加速正反应速度的催化剂也能同样程度
地加速逆反应的速度 上述特征可用于催化剂的初步筛选
如对于合成甲醇、合成氨等的正反应，都需 要高压设备，很不方便，因此，可采用常压 下的逆反应来初步筛选催化剂。
➢ 《催化剂工程导论》 王尚弟 孙俊全 化学工业出版社
➢ 《催化剂工程》
储伟主编
四川大学出版社
《催化科学导论》 廖代伟编著 化学工业出版社
《催化作用基础》
甄开吉等编 科学出版社
12
④ 催化期刊
英文
Journal of Catalysis (IF>6) Advanced Synthesis & Catalysis (IF>6)
Applied Catalysis A: General; B: Environmental
Journal of Molecular Catalysis A: Chemical; B:Enzymatic
Catalysis Communication
Catalysis Letters
Catalysis Today
④ 催化期刊
中文
催化学报 分子催化 工业催化
化学学报
高等学校化学学报
物理化学学报
无机化学学报
燃料化学学报
化工学报
高校化学工程学报
石油学报(石油加工)
精细化工
石油化工
天然气化工
15
1 催化剂与催化作用基本知识
1.1 催化剂的定义与特征 1.2 催化剂及催化反应的分类 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.4 催化剂的反应性能及对工业催
催化剂导论课件
1
第一讲
本人简介 绪论 催化剂与催化作用基本知识 催化剂的表面吸附和孔内扩散
2
本人简介：学历
1986.9 -1990.7
1990.9 -1993.3
1998.92001.12
浙江工业大学 化学工程系 工业分析专业 本科
上海工业大学(现上海大学) 化学化工系 应用化学专业 硕士研究生 华东理工大学 化学与制药学 院(现化学与分子工程学院) 工业催化专业 博士研究生
Chem Lett
Energy Conv Manag
J Phys Chem C
Ind Eng Chem Res
Chem Mater (IF>7)
Chem Eng J
J Mater Chem(IF>5)
Chem Eng Sci
Green Chem
J Nat Gas Chem
Micro Mesor Mater 14
二甲醚) 煤 ：间接液化制液体燃料 生物质：燃料
9
① 催化剂的作用
➢ 手性催化与制药工业
多巴(dopa)：左旋→治疗帕金森的药物
右旋→毒物 Mansanto公司三位科学家采用不对称膦
配体的Ru络合物催化剂，合成左旋体>95 ％的产物，并实现产业化。
获2001年诺贝尔化学奖
10
② 课程主要内容
基本原理：催化剂与催化作用 表面吸附与孔内扩散
各类催化剂及其作用： 酸碱/金属/氧(硫)化物/络合催化剂
催化剂的制备与使用 环境保护催化 工业催化剂的活性评价与物性的表征
11
③ 主要参考书
《工业催化剂手册》 黄仲涛主编 化学工业出版社
《工业催化》
黄仲涛主编 化学工业出版社
《工业应用催化剂》 金杏妹编著 华东理工大学出版社
3
本人简介：工作经历
1993.4- 中国石化 上海石油化工研究院 2005.10: 助理工程师/工程师/高级工程师
上海应用技术学院 2005.11- 化学工程系(现化学与环境工程学院)
教授 硕士研究生指导老师 《工业催化》硕士点负责人 2009.1- 美国Clemson大学 化学工程系 2009.7 ： 高级访问学者
Topics in Catalysis
Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis Kinetics & Catalysis
(Reaction Kinetics and Catalysis Letters)
Studies in Surface Science and Catalysis
7
① 催化剂的作用
➢环境保护
挥发性有机组分(VOCs)：催化燃烧 工 业 排 放 NOx：催化还原→N2 机 动 车 尾 气：
三效催化剂(CO、NOx、CHx) 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
8
① 催化剂的作用
➢ 能源开发、利用
石 油：提高原油利用率 天然气：合成液体燃料(合成油、甲醇、
化剂的要求 1.5 多相催化反应体系的分析
16
1.1 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 催化作用：指催化剂对化学反应所产生的效应
17
1.1 催化剂的定义与特征
催化剂的特征
① 只能改变热力学上可进行的化学反应 ② 只改变化学反应的速度，而不改变化学平衡的
催化剂的特征
③ 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）
④ 能加快化学反应的速度，也能减慢化 学反应的速度
20
催化剂的特征
⑤ 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， 但对合成氨反应却无效
ACS Catalysis Catal Sci Tech ChemCatChem
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④ 催化期刊
英文
Angew Chem Int Edit (IF>13) Fuel
J Am Chem Soc (IF>9)
Fuel Process Techn
Chem Commun (IF>6)
Energy &室 联系电话 : 6087 7221(O)
137 6459 8427
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0 绪论
① 催化剂的作用 ② 课程主要内容 ③ 主要参考书 ④ 催化期刊
6
① 催化剂的作用
——化学工业的基石
➢ 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 (合成树脂和塑料、合成橡胶、合成纤维) 石油炼制与化工：汽油、柴油
位置。 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。
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催化剂的特征
对于可逆反应，由于 K平＝k正/k逆 能加速正反应速度的催化剂也能同样程度
地加速逆反应的速度 上述特征可用于催化剂的初步筛选
如对于合成甲醇、合成氨等的正反应，都需 要高压设备，很不方便，因此，可采用常压 下的逆反应来初步筛选催化剂。
➢ 《催化剂工程导论》 王尚弟 孙俊全 化学工业出版社
➢ 《催化剂工程》
储伟主编
四川大学出版社
《催化科学导论》 廖代伟编著 化学工业出版社
《催化作用基础》
甄开吉等编 科学出版社
12
④ 催化期刊
英文
Journal of Catalysis (IF>6) Advanced Synthesis & Catalysis (IF>6)
Applied Catalysis A: General; B: Environmental
Journal of Molecular Catalysis A: Chemical; B:Enzymatic
Catalysis Communication
Catalysis Letters
Catalysis Today
④ 催化期刊
中文
催化学报 分子催化 工业催化
化学学报
高等学校化学学报
物理化学学报
无机化学学报
燃料化学学报
化工学报
高校化学工程学报
石油学报(石油加工)
精细化工
石油化工
天然气化工
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1 催化剂与催化作用基本知识
1.1 催化剂的定义与特征 1.2 催化剂及催化反应的分类 1.3 固体催化剂的组成与结构 1.4 催化剂的反应性能及对工业催
催化剂导论课件
1
第一讲
本人简介 绪论 催化剂与催化作用基本知识 催化剂的表面吸附和孔内扩散
2
本人简介：学历
1986.9 -1990.7
1990.9 -1993.3
1998.92001.12
浙江工业大学 化学工程系 工业分析专业 本科
上海工业大学(现上海大学) 化学化工系 应用化学专业 硕士研究生 华东理工大学 化学与制药学 院(现化学与分子工程学院) 工业催化专业 博士研究生
Chem Lett
Energy Conv Manag
J Phys Chem C
Ind Eng Chem Res
Chem Mater (IF>7)
Chem Eng J
J Mater Chem(IF>5)
Chem Eng Sci
Green Chem
J Nat Gas Chem
Micro Mesor Mater 14
二甲醚) 煤 ：间接液化制液体燃料 生物质：燃料
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① 催化剂的作用
➢ 手性催化与制药工业
多巴(dopa)：左旋→治疗帕金森的药物
右旋→毒物 Mansanto公司三位科学家采用不对称膦
配体的Ru络合物催化剂，合成左旋体>95 ％的产物，并实现产业化。
获2001年诺贝尔化学奖
10
② 课程主要内容
基本原理：催化剂与催化作用 表面吸附与孔内扩散
各类催化剂及其作用： 酸碱/金属/氧(硫)化物/络合催化剂
催化剂的制备与使用 环境保护催化 工业催化剂的活性评价与物性的表征
11
③ 主要参考书
《工业催化剂手册》 黄仲涛主编 化学工业出版社
《工业催化》
黄仲涛主编 化学工业出版社
《工业应用催化剂》 金杏妹编著 华东理工大学出版社
3
本人简介：工作经历
1993.4- 中国石化 上海石油化工研究院 2005.10: 助理工程师/工程师/高级工程师
上海应用技术学院 2005.11- 化学工程系(现化学与环境工程学院)
教授 硕士研究生指导老师 《工业催化》硕士点负责人 2009.1- 美国Clemson大学 化学工程系 2009.7 ： 高级访问学者
Topics in Catalysis
Reaction Kinetics, Mechanisms and Catalysis Kinetics & Catalysis
(Reaction Kinetics and Catalysis Letters)
Studies in Surface Science and Catalysis
7
① 催化剂的作用
➢环境保护
挥发性有机组分(VOCs)：催化燃烧 工 业 排 放 NOx：催化还原→N2 机 动 车 尾 气：
三效催化剂(CO、NOx、CHx) 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
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① 催化剂的作用
➢ 能源开发、利用
石 油：提高原油利用率 天然气：合成液体燃料(合成油、甲醇、
化剂的要求 1.5 多相催化反应体系的分析
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1.1 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 催化作用：指催化剂对化学反应所产生的效应
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1.1 催化剂的定义与特征
催化剂的特征
① 只能改变热力学上可进行的化学反应 ② 只改变化学反应的速度，而不改变化学平衡的