催化剂及其基本特征

催化剂及其基本特征 Prepared on 24 November 2020

1、催化剂及其基本特征

催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率，而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用，涉及催化剂的反应称为催化反应。

催化剂的基本特征

催化剂只能实现热力学可行的反应，不能实现热力学不可能的反应；

催化剂只能改变化学反应的速度，不能改变化学平衡的位置；

催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程；

催化剂对反应具有选择性。

2、催化剂的组成

主催化剂：催化剂的主要活性组分，起催化作用的根本性物质，如合成氨催化剂的铁，催化剂中若没有活性组分存在，那么就不可能有催化作用。

助催化剂：催化剂中具有提高活性组分的催化活性和选择性的组分，以及改善催化剂的耐热性、抗毒性，提高催化剂机械强度和寿命的组分。

催化剂载体：主要是负载催化活性组分的作用，还具有提高催化剂比表面积、提供适宜的孔结构、改善活性组分的分散性、提高催化剂机械强度、提高催化剂稳定性等多种作用

3、催化剂的稳定性

指催化剂的活性和选择性随反应时间的变化，催化剂的性能稳定性情况，通常以寿命表示。催化剂在反应条件下操作，稳定一定活性和选择性水平的时间称为单程寿命；每次性能下降后，经再生又恢复到许可水平的累计时间称为总寿命。催化剂稳定性包括热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性三个方面。

4、物理吸附与化学吸附的主要区别

物理吸附：

指气体物质（分子、离子、原子或聚集体）与表面的物理作用（如色散力、诱导偶极吸引力）而发生的吸附，其吸附剂与吸附质之间主要是分子间力（也称“van der Waals”力）。

化学吸附：

指在气固界面上，气体分子或原子由化学键力（如静电、共价键力）而发生的吸附，因此化学吸附作用力强，涉及到吸附质分子和固体间化学键的形成、电子重排等。

5、何谓B酸和L酸，及其简便的鉴定方法

能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，Brnsted 定义的酸碱称为B酸（B碱），又叫质子酸碱。

能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以Lewis定义的酸碱称为L酸（L碱），又叫非质子酸碱。

固体酸的类型有B酸和L酸两种，对固体酸类型最有效的区分方法是红外光谱法，它是通过研究NH3或吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸和L酸的。固体酸吸附吡啶的红外吸收谱带见表所示，通过这些谱带很容易的确定固体酸表面的B酸和L酸。

6、如何利用红外光谱法鉴定B酸和L酸

7、如何利用碱滴定法测定固体酸的酸量

就是把固体酸催化剂粉末悬浮于苯溶液中，其中加入指示剂，用正丁胺进行滴定，使用不同pKa值的各种指示剂，就可通过胺滴定来测定各种酸强度的酸量，这样测得的酸量为B酸和L酸的总和。对于有颜色的样品，可用分光光度计法或掺入已知酸强度的白色固体予以稀释，也可用胺量热滴定法来测定有色或黑色固体酸样品的酸量。

8、如何利用CO2吸附法测定固体碱的碱量

就是在TPD装置上将预先吸附了CO2的固体碱在等速升温，并通入稳定流速的载气条件下，检测一定温度下脱附出的酸性气体，得到TPD曲线。这种曲线的形状、大小及出现最高峰的温度值，都与固体碱的表面碱性有关，从而确定碱量。

9、简述固体酸催化剂的催化作用机理。

固体酸、碱催化剂，如硅铝胶、分子筛、MgO-SiO2等在烃类转化，包括裂解、异构化、烷基化、聚合反应中都有极好的活性。现普遍认为，固体酸催化反应与均相酸催化反应一样，都是按正碳离子机理进行的，与此相对应，烃类在固体碱催化剂作用下，反应按负碳离子机理进行的。所谓正碳离子和负碳离子相理，简单地说就在反应中，通过反应分子的质子化生成碳正离子，或从反应分子除去一个质子生成负碳离子，从而使反应分子得以活化的过程，并且是反应的控制步骤。

10、催化裂化反应有哪些规律

（1）新生成的伯正碳离子极不稳定，并迅速转化为仲正碳离子，然后再β处断裂，反应继续下去，直至成为不能再断裂的小正碳离子为止，并在反应过程中将H+ 传给催化剂变成烯烃。

（2）烯烃裂化时也首先形成正碳离子，并遵循β处断裂原则，生成一个较小的烯烃和一个伯正碳离子，伯正碳离子再重排，裂化为较小的烯烃。

（3）环烷烃裂化时形成的正碳离子的机理与烷烃一体，但由于存在大量仲碳离子和叔碳离子，所以环烷烃的反应能力很高，并能生成各种与烯烃裂化类似的产品，同时还存在一定的芳烃。

（4）芳烃裂化时也先形成正碳离子，然后在侧链断裂，而芳环基本上不参加反应。

（5）裂化速率按与环所连的碳原子伯、仲、叔顺序和随侧链的长度增加而增加。

11、FCC工艺中三个主要部分的特点

（一）反应－再生系统

新鲜原料经过一系列换热后与回炼油混合，进人加热炉预热到 370 ℃左右，由原料油喷嘴以雾化状态喷人提升管反应器下部，与来自再生器的高温（约 650～700 ℃）催化剂接触并立即气化，油气与雾化蒸汽及预提升蒸汽一起携带着催化剂以 7～8 m/s的高线速通过提升管，经快速分离器分离后，大部分催化剂被分出落人沉降器下部，油气排带少量催化剂经两级旋风分离器分出夹带的催化剂后进人分馏系统。积有焦炭的待生催化剂由沉降器进人其下面的汽提段，用过热蒸汽进行汽提以脱除吸附在催化剂表面上的少量油气。待生催化剂经待生斜管、待生单动滑阀进人再生器，与来自再生器底部的空气接触形成流化床层，进行再生反应，同时放出大量燃烧热，以维持再生器足够高的床层温度度（密相段温度约650～680 ℃）。再生器维持～，床层线速约～

m/s。再生后的催化剂经淹流管、再生斜管及再生单动滑阀返回提升管反应器循环使用。

烧焦产生的再生烟气，经再生器稀相段进人旋风分离器，经两级旋风分离器分出携带的大部分催化剂，烟气经集气室和双动滑阀排人烟囱。

（二）分馏系统

分馏系统的作用是将反应－再生系统的产物进行分离，得到部分产品和半成品。由反应－再生系统来的高温油气进人催化分馏塔下部，经装有挡板的脱过热段脱热后进人分馏段，经分馏后得到富气、粗汽油、轻柴油、重柴油、回炼油和油浆。

（三）吸收－稳定系统

从分馏塔顶油气分离器出来的富气中带有汽油组分，而粗汽油中则溶解有C3和C4甚至 C2组分。吸收－稳定系统的作用就是利用吸收和精馏的方法将富气和粗汽油分离成干气( ≤C2 )、液化气（ C3 、C4）和蒸气压合格的稳定汽油。

12、三反应器催化重整过程中的基本反应有哪些

1、加氢-脱氢反应；

2、异构化、环化反应；

3、芳构化反应。

13、什么是表面弛豫、Schottky缺陷、Frenkel缺陷、堆垛层错

在金属的表面原子层中，表面上的原子常常会产生相对于正常位置的上、下位移，使表面相中原子层间距偏离体相内的层间距，即发生了收缩或膨胀，表面相中原子的这种位移称为表面弛豫。

当表面层晶格中的一个离子运动到表面，并在扭折位置处结合，这样在原来的晶格位置上就会留下一个空位而形成缺陷，这种缺陷成为Schottky缺陷。

如果原来处于正常晶格位置上的离子由于热运动迁移到了晶格间隙，原来的晶格位置也会留下一个空位，结果在晶体中间隙离子与相应的空位一起构成了缺陷，这样的缺陷称为Frenkel缺陷。

理想的晶面堆垛中出现错配和误位形成的缺陷称为堆垛层错。

14、简述溢流效应。

溢流是指固体催化剂的一个相（给体相）表面上吸附或产生的活性物种（溢流子）向另一个在同样条件下并不能吸附或产生该活性物种的相（受体相）表面上迁移的过程，可以认为是负载型金属催化剂金属和载体相互作用的一种特殊情况。

15、简述“几何结构适应原则”。

在多相催化反应中，反应物分子起反应的部分常常只涉及少数原子，催化剂中活性中心也只是由某几个原子所组成的所谓多位体(multiplet)。实现催化反应的基本步骤就是反应分子中起反应的部分与催化剂的多位体之间的作用。这种相互作用不仅能使反应物分子的部分价键发生变形，而且会使部分原子活化，促使新键的生成。常见的多位体有二位体、三位体、四位体、六位体。

16、烃类加氢脱硫过程所用的钴酸钼催化剂中，CoO的作用是什么

CoO的作用是使MoS2晶体保持分离状态。

17、合成氨工艺流程中，甲烷化的目的是什么主要的催化活性组分

低变后, 原料中微量的CO和CO2 (< %) 进合成塔时必须脱除, 过去用铜氨液吸收, 现用催化加氢脱除。

Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni > Co > Fe > Cu > Mn > Cr > V

18、钙钛矿型复合金属氧化物的结构特征

这种复合金属氧化物是结构与钙钛矿CaTiO3类似的一大类化合物，通式为ABO3，其中A：B 配位数为6：6的ABO3复合金属氧化物的结构和实例如表所示；A：B配位数为12：6的ABO3 复合金属氧化物的结构和实例如表19、以萘氧化反应为例论述金属氧化物催化剂的催化作用机理。

萘氧化反应分两步进行：（1）萘与氧化物催化剂反应，萘被氧化，氧化物催化剂被还原；（2）还原了的氧化