《催化作用原理》PPT课件 (2)

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• 环境保护：造成大气污染的三个主要领域， 都可通过催化技术加以控制：
• （1）对于污染大气的可燃性气体，采用催 化燃烧技术；
• （2）对于工业装置排放的NOX气体，可将 其催化还原为氮气；
• （3）对于各种车辆用燃料排放气的控制， 目前虽已提出很多种方法，如改用清洁燃 料，重新设计发动机等，采用催化燃烧技 术也能达到控制目的。
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• 时至今日，一个实际可用的催化剂的开发， 依然被认为是一种“技艺”，尚无完善的 科学原理可循。要解决科学地选择催化剂 的问题，需要弄清许多基本问题。如催化 活性中心是怎样形成的？它在反应过程中 如何中变化？等等。这类问题至今尚无明 确答案，因此催化理论也是当代科学中被 广泛重视的课题。
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• 3. 生物体内广泛存在的酶，是生物赖以生 存的一切化学反应的催化剂。酶的催化作 用至今还难在生物体外实现：效率高，选 择性好，反应条件温和。弄清楚这个自然 界的催化过程，不仅有利于了解自然奥秘， 而且将大大提高人类利用自然、改造自然 的本领。若能将固氮酶或别的模拟酶取代 现在的合成氨催化剂，将不知道使现合成 氨工艺简单多少。故今天对酶本身及对酶 化学模拟的研究已成为催化研究中一个非 常有吸引力的领域。
• 水和其他溶剂 ，溶剂效应——物理作用。
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• 二、催化科学与技术的重要性
• 1. 催化技术的进展对石油、化学工业的 变革起着决定性的作用。
• 1923年，BASF公司以ZnO-Cr2O3为催化 剂开发成功高压法由合成气生产甲醇的 工艺
• 1970年代，ICI公司开发成功以Cu-ZnOAl2O3(Cr2O3)为催化剂的低压法合成气生 产甲醇的新工艺，很快又开发出中压法 工艺，使甲醇生产有很大提高。
催化作用原理
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第一章 绪论
• 一、催化剂与催化作用 • 生物化学过程，酶 • 发酵方法酿酒、制醋 • 记载有“催化现象”的资料，却只可以
追溯到1597年由德国炼金术士A. Libavius（1540―1616）著的 “Alchymia”一书
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• “催化作用”作为一个化学概念，则直至 1836年才由瑞典化学家J. J. Berzelius （1779―1848）在其著名的“二元学说” 基础上提出来，认为具有催化作用的物质， 除和一般元素和化合物一样，由电性相异 （正、负）的两部分组成（二元）之外， 还具有一种所谓的催化力。
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• 1981年IUPAC又提出定义：催化剂是一种 物质，它能够加速反应的速率而不改变该 反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称 为催化作用。近来在国内文献中，又出现 如下的定义：“催化是加速反应速度、控 制反应方向或产物构成，而不影响化学平 衡的一类作用。起这种作用的物质称为催 化剂。”
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• 2. 能源化工和环境化工的兴起，为工业催 化提出了新课题和新和活动领域。
• 能源化工：目前能转化成燃料的碳源有以 下三类：原油及相关物质；煤炭；生物质。 它们的充分开发和利用有赖于催化剂。自 然界还存在有大量油砂和油页岩物质，因 其粘度高、挥发物含量低，硫、氮和各种 重金属含量高，用现有的加工工艺无法廉 价地提取。预计催化技术在将这类碳源转 化为液体燃料方面，必能发挥巨大作用。
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• 1976年IUPAC（国际理论及应用化学协会） 公布的催化作用的定义是：“催化作用是 一种化学作用，是靠用量极少而本身不被 消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速 化学反应的现象”。并解释说，催化剂能 使反应按新的途径、通过一系列基元步骤 进行，催化剂是其中第一步的反应物、最 后一步的产物，亦即催化剂参与了反应， 但经过一次化学循环后又恢复到原来的组 成。
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• 1960年Sohio开发成功磷钼铋氧系催化剂， 由丙烯氨氧化生产丙烯腈时，原有的三种 丙烯腈生产方法（环氧乙烷法、乙醛法、 乙炔法）都变得不再有生命力了，并且随 着磷钼铋氧系丙烯氨氧化生产丙烯腈催化 剂的不断改进及非磷系丙烯氨氧化生产丙 烯腈催化剂的成功开发，使该法日益成熟。
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• 三、催化理论发展
• 1925年，泰勒，活性中心理论，并不是 催化剂的全部表面都有活性，而只有某 些部位，如催化剂晶体的边、角、晶面 结构中的缺陷等才具有活性。
• 1929年，巴兰金，几何对应原理：催化 剂晶体的结晶格子是催化活性中心，结 晶格子的结构和几何尺寸与反应分子的 几何尺寸必须相对应才能发生催化现象。
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源自文库
• 1955年，巴兰金，能量对应原理，反应分 子与催化剂还必须有结合的能量条件。上 述两方面总括为Fasarcgurl的多位理论，活 性中心理论的一个发展。
• 在这之后，催化研究得到了广泛开展。
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• 1894年，德国化学家W. Ostwald （1853―1932）认为催化剂是一种可以改 变一个化学反应速度，而又不存在于产物 中的物质并於1902年定义催化作用为“加 速反应而不影响化学平衡的作用”。
• 近百年来，关于“催化剂及催化作用”有 种种不同的文字表述，例如，长期以来， 文献中多使用如下定义：“催化剂是一种 能够改变化学反应的速度，而它本身又不 参与最终产物的物质。催化剂的这种作用， 叫做催化作用。”
• 这里不再说“催化剂”是“用量极少”的 了。
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• 由上述可知，随着实践的发展，人们对催 化剂及催化作用的认识是不断深入的。
• 事实上，目前的工业催化剂是指一种化学 品或生物物质或多种这些物质组成的复杂 体系。如酶、配合物（络合物），一种气 体分子、金属、金属氧化物、金属硫化物、 复合氧化物等固体表面上的若干分子、原 子、原子簇等等。它们在反应中所起的作 用是化学方面的。
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• 光、电子、热及磁场等物理因素，虽有时 也能引发并加速化学反应，但所起的作用 一般也都不能称为催化作用（特殊的可称 为电催化或光催化作用等，有专门研究 ）
• 引发剂与催化剂也有区别，它虽可引发和 加速高分子的键反应，但在聚合反应中本 身也被消耗，并最终进入了聚合产物的组 成中。
• 阻聚剂，而不适于叫负催化剂。