催化原理复习总结

催化原理

1.催化剂的性能指标：（催化活性、选择性、产物收率、稳定性或寿命）

2.催化作用的特征：a通过改变反应历程改变反应速度——能减小活化能，提高反应速度

b只能加速反应趋于平衡，不能改变平衡的位置——只能加速热力学上可以进行的反应

c对加速反应具有选择性

d催化剂的寿命

3.催化剂分类

•金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd….) (多为导体)

•金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂(多为半导体) Cr2O3 MoS

•酸碱催化剂

•有机金属化合物催化剂

4.物理吸附：是由表面质点和吸附分子之间的作用力，即范德华力所产生。

化学吸附：是由催化剂表面质点与吸附质分子之间的化学作用力而引起的。

5.化学吸附态：是指分子或原子在固体催化剂表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构及几何构型。

6.吸附物种与催化剂表面键合形成化学吸附键的强弱，由反应物与催化剂的性质及吸附条件决定。

其数值大小可由化学吸附热度量。

吸附热越大，吸附键愈强；

吸附热越小．吸附键越弱。

7.产生真实吸附的原因：1、表面不均匀2、吸附分子的相互作用

8.当吸附与脱附速度相等时，固体表面上吸附的气体量维持不变，这种状态即为吸附平衡。

吸附平衡有三种表达方式：等温吸附平衡，等压吸附平衡，等量吸附平衡。

9.对于给定的物系，在温度恒定和达到平衡的条件下，吸附质的吸附量与压力的关系称为吸附等温式或称吸附平衡式，绘制的曲线称为吸附等温线。

ngmuir等温方程的几点假设：

1、吸附的表面是均匀的，各吸附中心的能量同构；

2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；

3、吸附粒子与空的吸附中心碰撞才有可能被吸附，一个吸附粒子只占据一个吸附中心，

吸附是单分子层的；

4、在一定条件下，吸附速率与脱附速率相等，从而达到吸附平衡。

11.BET理论的假设：

1、吸附的表面是均匀的；

2、吸附粒子间的相互作用可以忽略；

3、多层吸附，各层间吸附与脱附建立动态平衡。

12.BET等温方程

13.催化剂的细孔可以分成三类：

•微孔，指半径小于2nm左右．活性炭、沸石分子筛等含有此种类型的孔；

•中孔，指半径在(2—50)nm。多数催化剂的孔属于这一范围；

•大孔，指半径大于50nm的孔．硅藻土、Fe2O3等含有此类型孔。

14.滞后环

即吸附等温线和脱附等温线中有一段不重叠,形成一个环。在此区域内，在相等的压力下脱附时的吸附量总大于吸附时的吸附量。

15.多相催化反应过程分析包括五个连续的步骤。

(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；

(2)反应物分子在催化剂表面上吸附；

(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；

(4)反应产物自催化剂表面脱附；

(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散

16.表面质量作用定律

气固多相催化反应是在催化剂的表面进行的，所以反应速率与反应物的表面浓度或覆盖度有关。

表面质量作用定律认为发生在理想吸附层中的表面基元反应，其速率与反应物在表面上的浓度成正比，而表面浓度的幂是化学计量方程的计量系数。如：

aA + bB + •→产物

17.SO2在Pt/Al2O3上的氧化反应

设想该反应机理为Rideal机理，它包括三个步骤

总反应

总反应平衡常数：

18.反应物的扩散过程是分以下两步进行的：

•在催化剂周围的介质中的外扩散DE

•催化剂孔中的内扩散Di

a b a b

A

A A

B A B

dc

kc c k

dt

υθθ

=-==

19.外扩散，是指发生在催化剂颗粒外部，反应物自气流主体穿过颗粒层外的一层气膜（扩散层、滞留层）转移至颗粒外表面上的扩散，产物则经历相反的过程。

内扩散，是指发生在催化剂颗粒内部，反应物自外表面孔口处向孔内转移的扩散，产物则相反，自孔内向孔口、孔外扩散。

内扩散较之外扩散更为复杂，既有体相扩散（容积扩散），又有努森扩散（Knudson 在分子筛类型孔道中的内扩散，属于构型扩散。

20.气体分子要在催化剂上起反应，大体要经过以下七个步骤：

(1) 反应物由气体主体向催化剂外表面扩散；

(2) 反应物由外表面向催化剂内表面扩散；

(3) 反应物吸附在表面上；

(4) 反应物在表面上进行反应，生成产物；

(5) 产物从表面上解吸；

(6) 产物从内表面向外表面扩散；

(7) 产物从外表面向气体主体扩散。

21.将吸附、反应和解吸，这三个过程统称为表面过程。

22.1）表面过程控制（动力学控制）—气流速度大，催化剂颗

粒小，孔径大，反应温度低，催化剂活性小，则扩散速率大于表面过程速率。称为表面过程控制，或动力学控制。例如以氧化锌为催化剂使乙苯脱氢，制备苯乙烯的反应，即为表面过程控制的反应。

2）外扩散控制—若反应在高温高压下进行，催化剂颗粒小，孔径大，活性也很高，但气体流速小，则表面过程与内扩散都较快，所以反应为外扩散控制。解决方法为加大气体流速，消除外扩散控制。如在230°C，7.6 MPa下的丙烯聚合反应，750 ~ 900 °C 时氨的氧化反应，当有适当催化剂时，都是外扩散控制

3）内扩散控制—催化剂颗粒太大，孔径过小，而若减小催化剂颗粒的粒度、增大孔径，反应速率即可加大，则是内扩散控制

当进行动力学研究时，应当排除扩散的影响。不断增加流速到反应速率不受流速影响为止，以消除外扩散的影响；不断减小催化剂粒度，直到反应速率不受粒度影响为止，以消除内扩散的影响。使控制步骤为表面过程。

23.外扩散阻滞效应的识别与估计

当外扩散成为速控步骤时，通常会产生以下一些现象

（1）随气流线速增加，表观反应速率增加，或者，在保持空速或停留时间不变时，随气流线速增加，反应物转化率加大。

（2）随温度升高，反应物的转化率并不明显提高。

（3）总反应过程表现为一级过程。

（4）当催化剂量不变，但颗粒变小时，反应物的转化率略有增加。（因颗粒变小，催化剂外表面增加，提高了外扩散速率。由于颗粒变小引起的面积增加并不显著，所以只有当粒度的变化幅度较大时才能观察到上述效应。）

（5）测定的表观活化能较低，在4~12kJ/mol。

24.内扩散阻滞效应的识别与估计反应在内扩散区进行时，可观察到以下一些现象（1）在催化剂量不变的情况下，改变催化剂粒度，随粒度变小，表观反应速率或者转化率明显增加，向动力学区过渡。

（2）表观活化能接近于在低温测定的真实活化能的一半。

（3）增加停留时间，表观反应速率不受影响，增加停留时间只是提高在动力学区进行的反应的速率。