催化导论讲义
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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：
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
催化作用导论第三章多相催化反应动力学
有毒有害物质降解
多相催化反应可用于有毒有害物 质的降解，如苯酚、氯代烃等， 降低对环境和生物体的危害。
废气处理
多相催化反应可用于废气处理， 如硫氧化物、氮氧化物等，降低 对大气的污染。
新材料设计与开发
纳米材料
多相催化反应可用于设计和开发新型纳米材料，如金属氧化物、碳 纳米管等，具有优异性能和广泛应用前景。
参数不确定性
动力学模型中的参数可能存在不确定性，如反应速率常数、 活化能等，导致模型预测精度降低。
非线性效应
多相催化反应过程中可能存在非线性效应，如反应级数的 变化、反应路径的改变等，而现有动力学模型难以准确描 述这些效应。
实验与理论研究的挑战
实验技术限制
01
实验测量多相催化反应动力学参数时，受到实验设备、测量精
催化反应的动力学过程和机理。
03 多相催化反应动力学研究 方法
实验研究方法
实验研究是研究多相催化反应动力学的主要手段之一。通过实验，可以测量反应速 率、反应机理、反应路径等重要信息。
实验研究方法包括固定床反应器、流化床反应器、微型反应器等，这些方法可以根 据实验需求选择。
实验研究需要精确控制温度、压力、浓度等实验条件，以确保实验结果的准确性和 可靠性。
分子模拟方法可以模拟分子在 催化剂表面的吸附、扩散、反 应等过程，为实验研究和理论 计算提供支持。
分子模拟方法需要较高的计算 机技术和计算资源，因此需要 不断优化算法和提高计算效率。
04 多相催化反应动力学应用
工业催化过程
1 2 3
石油化工
多相催化反应在石油化工中广泛应用，如烃类裂 解、烷基化、异构化等，提高油品质量和产量。
反应机理
01
02
催化导论讲义3
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
吸附热分类
吸附热效应产生过程
积分吸附热
一定温度下，在整个吸附 过程中，催化剂表面吸附 1mol气体所放出的热量
微分吸附热
一定温度下，催化剂 表面上吸附少量气体 所引起的热量变化 等量吸附热——吸附 量固定（即覆盖度一 定）的微分吸附热。
吸附键强
d ln K Q dT RT 2
van’t Hoff方程
吸附热与催化活性间有一定的关联
许多实验事实表明:
最好的催化活性与反应分子的中等吸附强度相当。
催 化 活 性
volcanic 火山型
四、吸附等温线
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
BET多层吸附理论
（2）诱导的表面不均匀性（induced surface heterogeneity） 假设：吸附剂表面上能量分布原先是均匀的，但吸附 物种之间的相互排斥作用会诱导产生表面不均匀性。
覆盖度的增大吸附物种之间相互排斥作用增强吸附键强 度减弱吸附热下降
四、吸附等温线
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
平衡吸附量：V=F(P,T) 吸附等温线讨论的是影响平衡吸附量的因素。 吸附等温式（线）——在等温条件下， 平衡吸附量与吸附压力或相对压力间的关系。 即V=F(P)T V=F(P/P0)T（吸附温度低于气体的临界温度）
其中， P0是在吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压。 吸附气体的量可以用气体的质量(mg)或气体在标准状态下 的体积(cm3)或mol数表示。
化学吸附与 V Kp 物理吸附 Vm 1 Kp
V kp
1/ n
吸附热分类
吸附热效应产生过程
积分吸附热
一定温度下，在整个吸附 过程中，催化剂表面吸附 1mol气体所放出的热量
微分吸附热
一定温度下，催化剂 表面上吸附少量气体 所引起的热量变化 等量吸附热——吸附 量固定（即覆盖度一 定）的微分吸附热。
吸附键强
d ln K Q dT RT 2
van’t Hoff方程
吸附热与催化活性间有一定的关联
许多实验事实表明:
最好的催化活性与反应分子的中等吸附强度相当。
催 化 活 性
volcanic 火山型
四、吸附等温线
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
BET多层吸附理论
（2）诱导的表面不均匀性（induced surface heterogeneity） 假设：吸附剂表面上能量分布原先是均匀的，但吸附 物种之间的相互排斥作用会诱导产生表面不均匀性。
覆盖度的增大吸附物种之间相互排斥作用增强吸附键强 度减弱吸附热下降
四、吸附等温线
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
平衡吸附量：V=F(P,T) 吸附等温线讨论的是影响平衡吸附量的因素。 吸附等温式（线）——在等温条件下， 平衡吸附量与吸附压力或相对压力间的关系。 即V=F(P)T V=F(P/P0)T（吸附温度低于气体的临界温度）
其中， P0是在吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压。 吸附气体的量可以用气体的质量(mg)或气体在标准状态下 的体积(cm3)或mol数表示。
化学吸附与 V Kp 物理吸附 Vm 1 Kp
V kp
1/ n
催化导论
拉曼光谱是以单色光照射至物质时，物 质分子发生散射现象，出现与入射光频率不 同的散射光所形成的光谱。因为散射辐射的 频移通常是不连续的振动光量子，所以，拉 曼光谱和红外光谱一样能提供有关分子结构 的信息。在低频区，因为红外光不能透过吸 附剂，因此拉曼光谱能使我们检测到一般用 红外光谱观察不到的低频振动。
可以鉴别吸附物种的结构特性，而基团物 种的位移可以探测出表面键的性质，并并 探测出分子的键合相对与被吸附分子的变 化。对于吸附分子的红外光谱来说，识别 基团频率是非常重要的，可由基团频率分 析得到相当完整的结构信息。当吸附影响 基团内部成键时，这种基团频率会受到影 响，产生红移或蓝移，根据基团频率的位 移可以探测出表面键的性质，并可以探测 出分子的键合对于被吸附分子的变化。
对于原子序数z<30的元素，可观察到2个 很好分开的能谱峰，分别与K电子和L电子相 对应;对于z＝30一70的元素，将看到L1,L11和 L1113个峰;而z>70的元素，将会有和M及N 电子对应的更复杂的能谱峰出现。不同的分 子结构和外界化学或物理环境的某些变化也 会影响内层电子束缚能的改变，即相应的能 谱峰可能发生移动，这种效应称化学位移， 据此可以有效地了解分子中原子成键状态。 X射线光电子能谱可以测定固体表面1 nm一 10 nm的所有成分，并提供和各成分化学状 态相关的信息。
• 表征催化剂以及了解其在催化表征中的作
用，是开发新的催化剂必不可少的步骤。
• 为了研究反应机理，需要对动力学分析辅
以微观信息，这些信息包括活性中心的性 质、中间化合物的结构反应性、中毒物质 等。获得这些信息需要波谱学方法。常用 的波谱方法有：红外光谱、拉曼光谱、核 磁共振核X光电子能谱。
第二节：红外光谱
有机分子与表面的键合具有低频性质， 在催化剂不透明区产生吸收，很难用红外光 谱检测，这种键也可能是不完全的离子键， 因此，对于有机分子的检测，拉曼光谱比红 外光谱更合适。拉曼光谱用来补充红外光谱 的不足，用来研究不适合用红外进行研究的 催化课题，可用于对催化剂体相结构、表面 结构、吸附中心和吸附物种结构的研究。
催化作用导论第二章多相催化反应过程-PPT课件
1983年，第一届溢流国际学术研讨会（ ICSPI ）对溢流 作了明确的定义，即溢流涉及在第一相上吸附或产生的活性 物种，迁移到在相同条件下不可能吸附或产生该活性物种的 另一相表面上的过程。例如，最常见及最重要的氢物种，首 先在金属表面解离成原子态的氢，然后迁移到金属氧化物、 活性炭和其它固体表面上，并与氢的接受体（acceptor）形 成新的键。当然，溢流物种并非都要发生解离，部分解离或 不解离的物种也可以发生溢流。
表面移动是因为与类似的邻近原子形成了共价键。这种 吸附物种与表面间的价键交换，使得吸附物种能够抵达活化 表面与接受体表面的界面。溢流不仅可以在金属与氧化物之 间，也可以在金属与金属之间，或氧化物与氧化物之间发生。
溢流并非只局限于发生在与活化表面最邻近的另一表面上，也可 以扩展到与接受体相接触的其它表面。如下图所示： 一个双原子分子首先吸附在一个 金属表面（黑色区域），该活 化的物种溢流到载体表面上 （白球），然后扩散到与其它 表面的接触界面（黑球），在 其它表面上的二次溢流也是可 以发生的。
活化方法由催化剂的不同性质而不同。通常， 金属氧化物有两种活化情况。
1 、还原活化： 如：氨合成催化剂出厂时是 Fe2O3+FeO ，而
起催化活性的是Fe，因此在使用前需通H2还原。 再比如：水煤气变换用的是铁系催化剂，其前驱态是 Fe2O3，而活性态是Fe3O4，也需还原活化。 而 硫化物催化剂的前驱态多为氧化物，需先进行还原 硫化，才能使其转化为活性态。
2、氧化活化： 如：萘氧化为邻苯二甲酸酐的钒催化剂，出
厂时为 V2O4 ，而活性态为 V2O5 ，因此需通空气将 V2O4 氧化 为V2O5后，才可进行催化生产。 而固体酸催化剂的前驱态常含有大量结合水。需先行脱 水，才能产生酸活性位，具有催化效力。 具体的活化过程在催化剂的使用说明书中有（操作手册）。
工业催化导论第三章
工业催化对新兴产业发展的推动作用
在新材料、新能源、生物医药等领域，工业催化技术发挥着至关重要的作用，推动了新兴 产业的快速发展和传统产业的转型升级。
未来工业催化的发展方向与挑战
研发新型高效催化剂
强化催化反应机理研究
针对不同工业过程，研发具有更高活性、 选择性和稳定性的新型催化剂，以满足不 断变化的市场需求。
催化反应动力学基础
动力学参数
反应机理
揭示反应如何进行，包括中间产 物、活化能等，是理解反应动力 学的关键。
通过实验测定反应速率常数、活 化能等动力学参数，有助于优化 反应条件和提高催化效率。
温度影响
温度对催化反应速率有显著影响， 通过研究温度与反应速率的关系， 可以找到最佳的反应温度。
反应速率方程
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
酸碱催化剂
如硫酸、氢氧化钠等，通过酸碱中 和反应来促进化学反应的进行。
酶催化剂
生物体内存在的天然催化剂，具有极 高的催化效率和选择性，常用于生物 发酵和制药等领域。
复合催化剂
由多种组分组成的催化剂，通过协 同作用提高催化性能，广泛应用于 各种化学反应中。
负载型催化剂
催化剂被负载在固体载体上，可提 高催化剂的分散度和稳定性，延长 使用寿命。
深入理解催化反应机理，有助于优化催化 剂设计，提高催化效率，减少副反应，降 低能耗和资源消耗。
发展绿色催化工艺
应对资源与能源挑战
在保证产品性能的同时，努力实现工业催 化过程的绿色化，减少对环境的负面影响 。
随着全球能源和资源紧张的加剧，工业催 化需要更加注重资源的有效利用和能源的 可持续发展，以应对未来的挑战。
石油裂化催化过程
石油裂化是一种将重质油转化为轻质油的过程， 通过使用催化剂，可以有效地促进裂化反应，提 高轻质油产物的收率。
在新材料、新能源、生物医药等领域，工业催化技术发挥着至关重要的作用，推动了新兴 产业的快速发展和传统产业的转型升级。
未来工业催化的发展方向与挑战
研发新型高效催化剂
强化催化反应机理研究
针对不同工业过程，研发具有更高活性、 选择性和稳定性的新型催化剂，以满足不 断变化的市场需求。
催化反应动力学基础
动力学参数
反应机理
揭示反应如何进行，包括中间产 物、活化能等，是理解反应动力 学的关键。
通过实验测定反应速率常数、活 化能等动力学参数，有助于优化 反应条件和提高催化效率。
温度影响
温度对催化反应速率有显著影响， 通过研究温度与反应速率的关系， 可以找到最佳的反应温度。
反应速率方程
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
酸碱催化剂
如硫酸、氢氧化钠等，通过酸碱中 和反应来促进化学反应的进行。
酶催化剂
生物体内存在的天然催化剂，具有极 高的催化效率和选择性，常用于生物 发酵和制药等领域。
复合催化剂
由多种组分组成的催化剂，通过协 同作用提高催化性能，广泛应用于 各种化学反应中。
负载型催化剂
催化剂被负载在固体载体上，可提 高催化剂的分散度和稳定性，延长 使用寿命。
深入理解催化反应机理，有助于优化催化 剂设计，提高催化效率，减少副反应，降 低能耗和资源消耗。
发展绿色催化工艺
应对资源与能源挑战
在保证产品性能的同时，努力实现工业催 化过程的绿色化，减少对环境的负面影响 。
随着全球能源和资源紧张的加剧，工业催 化需要更加注重资源的有效利用和能源的 可持续发展，以应对未来的挑战。
石油裂化催化过程
石油裂化是一种将重质油转化为轻质油的过程， 通过使用催化剂，可以有效地促进裂化反应，提 高轻质油产物的收率。
催化作用导论氧化还原型催化剂及其催化作用PPT学习教案
别会影响到轨道健合的有效性。
用这种模型，原则上可以解释金属表面的化
学吸附。不仅如此，它还能解释不同晶面之间化
学活性的差别；不同金属间的模式差别和合金效
应。如吸附热随覆盖度增加而下降，最满意的解
释是吸附位的非均一性，这与定域键合模型的观
点一致。Fe催化剂的不同晶面对NH3 合成的活性
不同，如以[110]晶面的活性为1，则[100]晶面的
能级密度（N（E））：单位能量间隔中拥有的精
细能级的数目。
由量子力学计算知：
能级的宽度：s带 > p带 > d带；
能带拥有能级数：s带 < p带 < d带；
所以，d能带的能级密度大。
（2）金属的满带与空带之间是连续的，没有能量间隙。
价带和导带间能量也是连续的。
第11页/共109页
满带电子受激跑到空带，满带中形成空穴，且
所谓d %是指在成键轨道(包括空轨道)中，d
轨道所占的百分数。
d％愈大，成键轨道中占用原来的d轨道多，
就有可能使d空穴减少。
第15页/共109页
一些过渡金属的d空穴和d%
第16页/共109页
例如，Ni原子有两种杂化轨道：
2 3
d
s
p d
占
＝
2
/6
＝
0
.3
3
N
i-A
3
d
4
s
4
p
3 2
d
s
p d
占
＝
吸附热变化不大，它们对
气体的吸附强度适中，常
做催化剂用
第30页/共109页
。
3、火山型曲线
化学吸附热的大小表征着吸附键的强弱。吸附热
用这种模型，原则上可以解释金属表面的化
学吸附。不仅如此，它还能解释不同晶面之间化
学活性的差别；不同金属间的模式差别和合金效
应。如吸附热随覆盖度增加而下降，最满意的解
释是吸附位的非均一性，这与定域键合模型的观
点一致。Fe催化剂的不同晶面对NH3 合成的活性
不同，如以[110]晶面的活性为1，则[100]晶面的
能级密度（N（E））：单位能量间隔中拥有的精
细能级的数目。
由量子力学计算知：
能级的宽度：s带 > p带 > d带；
能带拥有能级数：s带 < p带 < d带；
所以，d能带的能级密度大。
（2）金属的满带与空带之间是连续的，没有能量间隙。
价带和导带间能量也是连续的。
第11页/共109页
满带电子受激跑到空带，满带中形成空穴，且
所谓d %是指在成键轨道(包括空轨道)中，d
轨道所占的百分数。
d％愈大，成键轨道中占用原来的d轨道多，
就有可能使d空穴减少。
第15页/共109页
一些过渡金属的d空穴和d%
第16页/共109页
例如，Ni原子有两种杂化轨道：
2 3
d
s
p d
占
＝
2
/6
＝
0
.3
3
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i-A
3
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4
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4
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3 2
d
s
p d
占
＝
吸附热变化不大，它们对
气体的吸附强度适中，常
做催化剂用
第30页/共109页
。
3、火山型曲线
化学吸附热的大小表征着吸附键的强弱。吸附热
催化科学导论第二章
3.5 固体酸中心的催化作用
乙醇脱水制乙烯（L酸催化）
异丙苯裂化(B酸催化）
固体酸的催化反应机理
烷烃分子活化的链断裂方式
第四种为最可能途径
证据一：C3, C4 > C1, C2 断裂
证据二：裂化速度，异构烷烃 > 正构烷烃 正碳离子稳定性：伯 < 仲 < 叔
负碳离子稳定性：伯 > 仲 > 叔
第二章 酸碱催化
气
均 相 催 化
均相酸碱
配位络合催化 自由基链反应的催化引发
液
催 化 作 用
固
多 相 催 化
气
均 相 催 化
均相酸碱
配位络合催化 自由基链反应的催化引发 uv O3 + O = 2O2 uv CF2Cl2 → CF2Cl• + •Cl
液
催 化 作 用
固
多 相 催 化
Cl• + O3 → ClO• + O2 ClO• + O → Cl• + O2 •Cl O3 + O = 2O2
特殊酸碱催化
特殊酸碱催化作用 二丙酮醇的碱催化水解
体系中只有质子与其溶剂化离子 才对反应起催化作用
rds
特殊酸碱催化
水溶液中酸碱催化反应中速率常数与pH值的关系 酸形态：H3O+, H2O 碱形态： H2O, OH-
另：如何判定一般或特殊酸碱催化？
酸解离常数与催化系数的对应关系
Brnsted关系
A型沸石单胞骨架
八面沸石晶体骨架
阳离子的落位 钠 铈
丝光沸石的骨架结构
菱沸石类的骨架结构
沸石分子筛的择形催化作用 例：正二十二烷在毛沸石上的裂解
有机催化导论配合物催化反应及其作用机制PPT课件
OH
L乳酸脱氢酶
O
L (+) H3C C CO2H
H3C C CO2H
RhCl(CO)(PPh3)2
CH3OH + CO
CH3COOH
H
CH3I
H D (-) H3C C CO2H
OH
乳酸异构体的脱氢
甲醇羰基化合成醋酸 选择性达99%。其中CH3I为助催化
剂
第5页/共210页
➢手性过渡金属配合物：具有高对映异构选择性的催化剂
金属naalmgalrcocrclal30mpacrco9co300304mpaosco2过渡金属羰基簇合物的合成直接羰基化和还原羰基化2coco150mpaco13co25035mpareco1012co20mparuco123hacac2coco30mpaco420k单核过渡金属羰基配合物转化法加热或光照法2fecohvfecohvco123co2osco还原偶联法5niconihgnaohmeohnaco12thf60co10crmo缩合法异核过渡金属羰基簇合物的合成方法corebrremnconabr2namncomnhgmnco3235过渡金属羰基配合物的反应1单核过渡金属羰基配合物的反应置换反应在光照或加热下单核过渡金属羰基配合物中的羰基被更强的给予和较弱的接受能力的配体置换nicoconicocofeco3co与碱反应形成过渡金属羰基阴离子feco3naohnahfeco还原反应形成过渡金属羰基阴离子nanahgnavco氢解反应形成过渡金属羰基氢化物oscoco324有机金属化合物在催化领域中有机金属化合物的应用是从烷基金属催化剂开始的1955年发现ziegler催化剂和定向聚合反应从此有机金属化合物的发展极为迅速
（2） 金属原子簇的特点
催化导论讲义2
位能（未按比例）
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
活 化 与 非 活 化 离 解 吸 附
EC -∆HP
P
与表面的距离/nm
-∆HC
Ni
H
Ni
H H
氢在镍上吸附的位能曲线和吸附态的图解说明
DHH
过 渡 态
C
2Ni+2H→2NiH
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
球形粒子，一级反应：
( ) tanh
2 3
3
1
1
n级催化反应的η因子与φ的关系
高传递孔隙 催化剂密度和强度 过于耗费
用于球形颗粒催化剂
表面反应速率 内扩散速率
观测的反应速率 1 本征反应速率
类似致密较 高的微孔相对利 用率很低
良好的传递性质 + 最佳的强度和密度利用
吸附态的形式
离解吸附：吸附分子在吸附时发生离解，生成 两个或多个碎片。
CH4 M M M M
CH3 H
H2 M M
M M H H
（三）吸附
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
吸附态的形式
缔合吸附：具有孤对电子或π-电子的分子，可以 通过相关的分子轨道的再杂化进行非解离的化学 吸附。
通量＝DE(Ch－Cs)
外扩散推动力
气 流 层 Ch
Cs 滞流层
其中: DE------外扩散系数 Ch------均匀气流层中反应物浓度 Cs ------反应物在催化剂颗粒外表面处的浓度
（一）外扩散
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课件 (一)
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课
件 (一)
催化剂工程导论是近年来比较热门的工程学科，它涉及到制备催化剂的多个方面。
其中，工业催化剂常规制备方法是催化剂工程导论的基础内容，下面，我们将针对该课程的主要内容进行分析。
一、催化剂工业制备方法的概述
在这一部分中，讲授催化剂工业制备方法的概念和催化剂生产的基础原理。
我们将学习到在制备催化剂过程中，如何选择合适的原材料、制备催化剂的各种步骤，以及最终形成催化剂的特征。
二、催化剂工业制备方法的分类
在这一部分中，我们将学习到催化剂工业制备方法的分类，这是许多学习者非常关注的内容。
根据工业催化剂的不同特点，我们可以将催化剂工业制备方法分为很多种类。
三、催化剂的物理化学特性分析
在制备催化剂的过程中，催化剂物理化学特性的分析是非常重要的。
这种分析主要是通过表面化学分析、物质分析和形貌分析这三个领域进行的。
在这一部分，我们将详细学习催化剂的各种物理化学特性，并将探究它们如何影响催化剂的性质及其性能。
四、催化剂在工业中的应用
在最后一部分，我们将学习到催化剂在工业生产中的应用。
将分享一些真实的用催化剂制备某种产品的工业故事，并通过了解这些故事，让学习者了解催化剂制备的实用性。
综上所述，催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课程是非常重要的。
学习这门课程将使学习者了解各种催化剂制备方法，包括更现代和先进的方法，因此，它也是催化剂工程导论课程的基础。
学习者将获得催化剂工业制备方法的知识，了解各种催化剂的特性，并掌握如何在工业中应用催化剂及其性能。
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（4）硝酸镁和碳酸钠在水溶液中的反应要易于两个固体之间的反应， 那么水是不是该反应的催化剂？
四、催化剂作用的基本原理
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
催化剂作用的基本原理：降低反应的活化能 －－－加速化学反应趋于热力学平衡点 How ? 改变反应途径 Method ? 中间化合物、暂时介入
• Principles of catalyst development－－ James T. Richardson • Heterogeneous catalysis in industrial practice －－Charles N.
Satterfield
• Industrial Catalysis: A Practical Approach－－Jens Hagen－
工业上采用催化剂的开始
阐明了二氧化硫氧化成三氧化硫的机理 乙酸和乙醇酯化反应成乙酸乙酯 甲烷和醇蒸汽在空气中的氧化 氢和氧的化合 识别了氢饱和的铂绵的催化作用――吸 附 二氧化硫空气中的氧化 乙醇和稀硫酸混合物蒸得醚和水――提
出接触反应 首次提出“催化作用”
艺发展史上的重要里程碑
三、催化领域相关诺贝尔奖
------Professor Michel Boudart Department of Chemical Engineering Stanford University 2001 CATTECH 5 (2001) 2
一、什么是催化剂和催化作用
催化作用概念的产生 天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
四、催化剂作用的基本原理
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
非催化反应与催化反应的活化能（KJ/mol）
反应 E非 E催 催化剂
2HI H2 + I2
184
105
59
Au
Pt Au
2N2O 2N2 + O2
245
121
134
2H2O 2H2 + O2 正己烷裂化 降低幅度> 100 KJ/mol 244 230 126 75
一、什么是催化剂和催化作用
催化作用概念的产生 天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论 R P
R
P
I
R *
P
1900 W. Ostwald
Intermé diaire instable 1900 P. Sabatier
Site actif 1925 H.S. Taylor
法国
德国 美国 英国 德国 美国 加拿大 美国 日本 美国 法国 美国 美国 德国
研究金属催化加氢在有机化合成中的应用
发明工业合成氨催化剂和方法 提出并研究表面化学和吸附理论 研究化学反应动力学和链式反应 发现核糖核酸催化作用 发现和制造手性催化剂 手性催化氢化反应 手性催化氧化反应 烯烃复分解反应——是研究碳原子之间的化学联系是如何建立和分解的， 是一种产生化学反应的关键方法 固体表面化学——建立了研究固体表面化学过程的方法学； 在原子分子 层次提供了一个表面化学反应的完整图像。重要贡献在于对合成氨反应 过程的催化机理的认识和表面非线性反应动力学理论的建立
1814 戴维（ Davy）
发现了煤气在铂上进行氧 化反应，详细描述反应过 程
1834
1836
1900
贝采里乌斯（Berzelius）
• 最先用催化作用一词来描述有关痕量物质，本身并不消 耗而能够影响反应速率的各种各样的观察结果 • 催化（catalysis）= cata(下降)+lysein(分裂或破碎)
尔特著 陈诵英译
• 工业催化原理 －－李玉敏编著 • 绿色催化过程与工艺－－王延吉, 赵新强编著
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
催化导论
第一章、催化作用基本原理
催化科学与工程系
一、催化现象与利用
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
法拉第( Faraday） 基尔霍夫（Kirchoff）
研究了酸催化淀粉水解为 葡萄糖的反应 发表了一篇关于氢气和氧气在铂箔上反应的著名 文章 表征并评价了催化剂的活性、失活、中毒和活化 反应动力学研究
奥斯特瓦尔德（Ostwald）
提出了具有现代观点的催化剂和催化作用 的定义：“凡能改变化学反应的速度而本 身不形成化学反应的最终产物，就叫做催 化剂。”
Pt
Pt SiO2/Al2O3
H2 2Ha 四、催化剂作用的基本原理 反应物表面吸附
N2 2Na
dé localisé e physique
localisé e chimique
localisé e chimique
Michel Che
Presented on the “Workshop for Building up the Core Courses in Industrial Catalysis”, Tianjin, August, 2005
Байду номын сангаас
四、催化剂－化学工业的基石
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
石油化学工业 能 源 食品工业 材 催化剂 料
现代化学工业 信 息
其它工业
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世界历年催化剂销售额 世界催化剂估计耗用量
四、催化剂－化学工业的基石
2005
2007
三、催化理论及催化工程科学对社会的贡献
20世纪催化理论工作方面的贡献 年代 创始者
1925
1929
理论、模型
表面固有不均一性和活性中心概念 巴兰金 20世纪决定世界文明历史进程的重大技术 多位催化理论
提出和完善的中间化合物理论 合成氨技术 催化活化过渡态理论 维格纳等 石油加工技术 科巴捷夫 高聚物合成技术 活性集团催化理论 塑料、橡胶、化纤 沃尔肯斯坦，罗金斯基 半导体催化电子理论 基础化学品 道登 化学吸附的晶体场效应理论概念 硫酸、硝酸 魏茨等 环境净化技术 分子筛晶内催化和择形催化作用 柯西 废水、废气 齐格勒（Ziegler）—纳塔α—烯烃配位聚合催化 特别是汽车尾气净化 剂活性中心模型
二、催化剂的定义
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
催化剂基本定义
A catalyst is a substance that increases the rate at which a chemical reaction approaches equilibrium without itself becoming permanently involved in the reaction. 一个催化剂是一种物质，它增加一个化学反应 达到平衡的速率，但它本身不永久的牵涉在反应中。 这种作用称为催化作用。 涉及催化剂的反应称为催化反应。
四、催化剂－化学工业的基石
大气污染
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厄 尔 尼 诺 世界催化剂市场用途分布
臭氧层破坏
酸 雨 水 污 染
固体废物
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催化导论
§1.1 催化作用的定义与特征
催化科学与工程系
第二章、固体催化剂材料
§2.1 金属催化剂 §2.2 氧（硫）化物催化剂 §2.3 固体酸碱催化剂
第三章、工业催化剂研究内容
§3.1 工业催化剂设计原则 §3.2 工业催化剂制备方法 §3.3 工业催化剂的表征与评价
第四章、工业催化剂实例介绍
二、课程的主要参考书
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
李永丹
催化导论
催化科学与工程系
ydli@
一、课程的主要内容
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
第一章、催化作用基本原理
§1.1 催化作用的定义与特征 §1.2 催化剂的组成与功能 §1.3 吸附与催化
一、什么是催化剂和催化作用
天 津 大 学 Tianjin University －－－催化导论
Quo vadis catalysis?
The question was first asked, without a question mark, in 1962 by Paul Weisz in a preface to Volume 13 of Advances in Catalysis. Almost forty year latter, I ask the same question, but this time with a forbidding question mark.
Second Edition, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, KGaA, 2006
• 催化过程的化学 －－(美)盖茨(Gates,B.C.)等著 徐晓等译 • 催化作用原理导论 －－邓景发编著 • 多相催化中的传质－－ (美) 萨特菲尔德 (Satterfield, C.N.)塞脱菲
一定量催化剂能够参与大量分子的反应
反应物
催化剂
产物
三、催化剂定义的三层含义
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判断题：
（1）光照、加热、通电可以加速化学反应，那么光、热、电是催化 剂吗？ （2）引发剂是催化剂吗？ （3）离子之间的反应常因加入盐而加速，那么此反应中的盐是不是 一种催化剂？