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时间内每个催化活性中心上发生反应的次数。
21
催化剂活性的表示方法
r(W ) = － 1
dnA =
1
dnp
W dt W dt
式中 W―反应器中催化剂的填充质量 dnA－反应物在dt时间内减少的物质的量； dnp－反应产物在dt时间内增加的物质的量；
22
催化剂活性的表示方法
时空收率：每小时每升或每公斤催化
高比表面积载体
因具有酸性或碱性，会影响催化剂的性能。 如SiO2、Al2O3、活性炭、分子筛等。
15
常用的载体
低比表面积载体
高比表面积载体
载体 比表面积 （m2/g）
载体
比表面积 （m2/g）
刚玉
0～1
氧化铝
100～200
碳化硅 <1 硅藻土 2～30
硅胶 活性炭
400～800 900～1200
1.1 催化剂的定义与特征
催化剂的特征
① 只能加速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。
1
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
固体催化剂的组成
固体催化剂是工业催化过程中最普遍的一类 催化剂 按组分的多少分成单组分(元)和多组分(元)催化剂 单组分催化剂：氨氧化制硝酸的铂催化剂 多组分催化剂：主催化剂、助催化剂和载体
5
固体催化剂的组成
主催化剂（活性组分）
没有它就没有所需要的催化作用 如：加氢催化剂Ni/Al2O3中的Ni
合成氨催化剂Fe-Al2O3-K2O中的Fe
MoO3对Al2O3的影响
电子(调变)型助催化剂
改变催化剂活性组分的结构和化学 特性，提高催化剂的性能。
（如合成氨催化剂中的K2O，可使Fe 催化剂的逸出功降低，从而提高其催化 活性。）
11
扩散型助催化剂
改变催化剂的孔结构，改善催化 剂的扩散性能。
如：矿物油、淀粉或有机高分子 （致孔剂）
12
毒化型助催化剂
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。
2
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
3
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
➢ 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。 实例
4
1.3 固体催化剂的组成与结构
的产物的分率 稳定性：指催化剂在使用条件下具有
稳定活性的时间
19
(1) 催化剂的活性
活性的表示方法： 反应速率 反应速率常数 转化率
20
催化剂活性的表示方法
反应速率：单位时间内，单位质量(体积、表
面积)催化剂上反应物的转化量或产物的生成量。
rm、 rv、 rs
转换频率（Turnover frequency, TOF)：指单位
26
(2) 催化剂的选择性
选择性＝转化成目的产物的原料量/总转化 掉的原料量×100％
选择性＝目的产物的产率/原料的转化率×100％ 产率：指消耗于生成目的产物的反应物量与反应
物进料总量的百分比 产率＝转化率×选择性
石棉
1～16
白土
150～280
耐火砖 <1
SiO2-Al2O3 350～600
16
1.3.2 催化剂的结构
分散度 化合态 物相 均匀度
17
1.4 催化剂的反应性能及要求
1.4.1 催化剂的反应性能 1.4.2 对工业催化剂的要求
18
1.4.1 催化剂的反应性能
活性：指催化剂对反应加速的程度 选择性：指所消耗的原料中转化成目wenku.baidu.com
25
空速
空速(Space velocity)：单位时间内，单位质量或 体积催化剂所能处理的反应物量。
空速越大，表明催化剂的处理能力越强。 空速的倒数为接触时间
重时空速(weight hourly space velocity, WHSV) 液时空速(liquid hourly space velocity, LHSV) 气时空速(gas hourly space velocity, GHSV)
增加催化剂活性组分微晶的稳定性，延长催化剂 的寿命。
（如合成氨催化剂中的Al2O3，与活性组分Fe形 成了固溶体，有效阻止了Fe的烧结，从而大大延 长催化剂的寿命:几小时→几年。）
结构型助催化剂
提高载体的结构稳定性，从而间接提高催化剂 的稳定性。
MoO3/Al2O3
加入SiO2使Al2O3的结构稳定 加入CaO与MoO3形成CaMoO4，减少
毒化有害的活性中心，消除其所造成 的副反应，从而提高目的产物的选择 性和催化剂的稳定性。
如酸催化剂中加入碱性物质，毒化引起积 炭副反应的强酸中心，减少积炭的生成。
13
载体的作用
➢ 分散作用 ➢ 稳定化作用 ➢ 支撑作用 ➢ 传热和稀释作用 ➢ 助催化作用
14
常用的载体
低比表面积载体
对催化剂的活性影响很小，但热稳定性高， 常用于高温反应和强放热反应。如乙烯氧化 制环氧乙烷银催化剂中的α-Al2O3。
共催化剂
和主催化剂同时起催化作用的组分
6
固体催化剂的组成
助催化剂
本身没有活性或者活性很小可以忽 略，但却能显著改善催化剂的性能（活 性、选择性和稳定性）。
7
助催化剂的分类及其作用
➢结构型助催化剂 ➢电子(调变)型助催化剂 ➢扩散型助催化剂(致孔剂) ➢毒化型助催化剂
8
结构型助催化剂
提高活性组分的分散度，从而提高其催化活性。 （如合成甲醇Cu-ZnO-Al2O3催化剂中的Al2O3， 提高了Cu的比表面积，从而提高其反应活性。）
剂所得到的产物量。 单程收率 总收率
23
催化剂活性的表示方法
反应速率常数
kc=r/f(c) kp=r/f(p)
24
催化剂活性的表示方法
转化率
CA=反应物A转化掉的量/流经催化剂床层反 应物A的总量×100%
可用完成一定转化率所需的反应温度的高 低来比较：反应温度越低，活性越高。 还可用完成一定转化率所需的空速来比较： 空速越高活性越好。
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催化剂活性的表示方法
r(W ) = － 1
dnA =
1
dnp
W dt W dt
式中 W―反应器中催化剂的填充质量 dnA－反应物在dt时间内减少的物质的量； dnp－反应产物在dt时间内增加的物质的量；
22
催化剂活性的表示方法
时空收率：每小时每升或每公斤催化
高比表面积载体
因具有酸性或碱性，会影响催化剂的性能。 如SiO2、Al2O3、活性炭、分子筛等。
15
常用的载体
低比表面积载体
高比表面积载体
载体 比表面积 （m2/g）
载体
比表面积 （m2/g）
刚玉
0～1
氧化铝
100～200
碳化硅 <1 硅藻土 2～30
硅胶 活性炭
400～800 900～1200
1.1 催化剂的定义与特征
催化剂的特征
① 只能加速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。
1
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
固体催化剂的组成
固体催化剂是工业催化过程中最普遍的一类 催化剂 按组分的多少分成单组分(元)和多组分(元)催化剂 单组分催化剂：氨氧化制硝酸的铂催化剂 多组分催化剂：主催化剂、助催化剂和载体
5
固体催化剂的组成
主催化剂（活性组分）
没有它就没有所需要的催化作用 如：加氢催化剂Ni/Al2O3中的Ni
合成氨催化剂Fe-Al2O3-K2O中的Fe
MoO3对Al2O3的影响
电子(调变)型助催化剂
改变催化剂活性组分的结构和化学 特性，提高催化剂的性能。
（如合成氨催化剂中的K2O，可使Fe 催化剂的逸出功降低，从而提高其催化 活性。）
11
扩散型助催化剂
改变催化剂的孔结构，改善催化 剂的扩散性能。
如：矿物油、淀粉或有机高分子 （致孔剂）
12
毒化型助催化剂
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。
2
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
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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
➢ 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。 实例
4
1.3 固体催化剂的组成与结构
的产物的分率 稳定性：指催化剂在使用条件下具有
稳定活性的时间
19
(1) 催化剂的活性
活性的表示方法： 反应速率 反应速率常数 转化率
20
催化剂活性的表示方法
反应速率：单位时间内，单位质量(体积、表
面积)催化剂上反应物的转化量或产物的生成量。
rm、 rv、 rs
转换频率（Turnover frequency, TOF)：指单位
26
(2) 催化剂的选择性
选择性＝转化成目的产物的原料量/总转化 掉的原料量×100％
选择性＝目的产物的产率/原料的转化率×100％ 产率：指消耗于生成目的产物的反应物量与反应
物进料总量的百分比 产率＝转化率×选择性
石棉
1～16
白土
150～280
耐火砖 <1
SiO2-Al2O3 350～600
16
1.3.2 催化剂的结构
分散度 化合态 物相 均匀度
17
1.4 催化剂的反应性能及要求
1.4.1 催化剂的反应性能 1.4.2 对工业催化剂的要求
18
1.4.1 催化剂的反应性能
活性：指催化剂对反应加速的程度 选择性：指所消耗的原料中转化成目wenku.baidu.com
25
空速
空速(Space velocity)：单位时间内，单位质量或 体积催化剂所能处理的反应物量。
空速越大，表明催化剂的处理能力越强。 空速的倒数为接触时间
重时空速(weight hourly space velocity, WHSV) 液时空速(liquid hourly space velocity, LHSV) 气时空速(gas hourly space velocity, GHSV)
增加催化剂活性组分微晶的稳定性，延长催化剂 的寿命。
（如合成氨催化剂中的Al2O3，与活性组分Fe形 成了固溶体，有效阻止了Fe的烧结，从而大大延 长催化剂的寿命:几小时→几年。）
结构型助催化剂
提高载体的结构稳定性，从而间接提高催化剂 的稳定性。
MoO3/Al2O3
加入SiO2使Al2O3的结构稳定 加入CaO与MoO3形成CaMoO4，减少
毒化有害的活性中心，消除其所造成 的副反应，从而提高目的产物的选择 性和催化剂的稳定性。
如酸催化剂中加入碱性物质，毒化引起积 炭副反应的强酸中心，减少积炭的生成。
13
载体的作用
➢ 分散作用 ➢ 稳定化作用 ➢ 支撑作用 ➢ 传热和稀释作用 ➢ 助催化作用
14
常用的载体
低比表面积载体
对催化剂的活性影响很小，但热稳定性高， 常用于高温反应和强放热反应。如乙烯氧化 制环氧乙烷银催化剂中的α-Al2O3。
共催化剂
和主催化剂同时起催化作用的组分
6
固体催化剂的组成
助催化剂
本身没有活性或者活性很小可以忽 略，但却能显著改善催化剂的性能（活 性、选择性和稳定性）。
7
助催化剂的分类及其作用
➢结构型助催化剂 ➢电子(调变)型助催化剂 ➢扩散型助催化剂(致孔剂) ➢毒化型助催化剂
8
结构型助催化剂
提高活性组分的分散度，从而提高其催化活性。 （如合成甲醇Cu-ZnO-Al2O3催化剂中的Al2O3， 提高了Cu的比表面积，从而提高其反应活性。）
剂所得到的产物量。 单程收率 总收率
23
催化剂活性的表示方法
反应速率常数
kc=r/f(c) kp=r/f(p)
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催化剂活性的表示方法
转化率
CA=反应物A转化掉的量/流经催化剂床层反 应物A的总量×100%
可用完成一定转化率所需的反应温度的高 低来比较：反应温度越低，活性越高。 还可用完成一定转化率所需的空速来比较： 空速越高活性越好。