绿色化学绿色催化剂.ppt
关于绿色化学绿色催化剂2022/10/14现在学习的是第1页，共35页那么，什么才是那么，什么才是绿色化学？绿色化学？现在学习的是第2页，共35页绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。现在学习的是第3页，共35页但是，你以为这样就够了吗？当然不够！当然不够！现在学习的是第4页，共35页环境治理可以更有效率吗？废气排放可以更少吗？原料利用率可以更高吗？污染物降解可以更快吗？现在学习的是第5页，共35页当然可以！当然可以！现在学习的是第6页，共35页绿色催化剂（Greencatalyst）保证目标产物的高转化率、副产物的低转化率。活性加快反应速度现在学习的是第7页，共35页催化剂的发展：萌芽阶段（萌芽阶段（2020世纪以前）世纪以前）第一个工业催化剂铂的制造奠基时期（奠基时期（2020世纪初）世纪初）出现金属催化剂、氧化物催化剂、液态催化剂大发展时期（大发展时期（2020世纪世纪30603060年代年代）有机金属催化剂，选择性催化剂，加氢精制催化剂，分子筛催化剂，大型合成氨催化剂系列更新换代时期（更新换代时期（2020世纪世纪70807080年代）年代）高效络合催化剂，固体催化剂，环境保护催化剂及生物催化剂的工业应用现在学习的是第8页，共35页绿色催化剂分类固体酸催化剂固体碱催化剂生物催化剂膜催化剂光催化剂6电极催化剂现在学习的是第9页，共35页固体酸催化剂传统催化剂：硫酸、磷酸、氢氟酸、无水氯化铝等传统酸的不足：腐蚀性强后处理复杂污染严重，不满足环保要求正因为这些不足，迫切需要研究固体酸取代它们除传统现在学习的是第10页，共35页固体酸催化剂重要催化剂，催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位（酸中心酸中心）多数为非多数为非过过渡元素渡元素的氧化物或混合氧化物的氧化物或混合氧化物这类催化剂广泛应用于离子型机理的这类催化剂广泛应用于离子型机理的催化反催化反应应，种类很多。，种类很多。Eg:润载型固体酸催化剂润载型固体酸催化剂,如固体磷酸催化剂。如固体磷酸催化剂。现在学习的是第11页，共35页分子筛催化剂分子筛催化剂(沸石分子筛催化剂沸石分子筛催化剂):l以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一结晶型的硅铝酸盐，有天然和合成两种结晶型的硅铝酸盐，有天然和合成两种优点：优点：l具离子交换性能、均一的分子孔道、酸催化活性具离子交换性能、均一的分子孔道、酸催化活性l热稳定性良好热稳定性良好l对许多反应高活性、高选择性；对许多反应高活性、高选择性；l反应条件较缓和；反应条件较缓和；l能加工某些含重金属较多的劣质原料。能加工某些含重金属较多的劣质原料。固体酸催化剂现在学习的是第12页，共35页分子筛的结构分子筛的结构在化学工业、石油工业及其他部门，在化学工业、石油工业及其他部门，分子筛分子筛广泛应用于气体和液体的干燥、脱水、净化、分广泛应用于气体和液体的干燥、脱水、净化、分离、回收及催化裂化等石油加工过程的反应。分子筛使用后可以再生离、回收及催化裂化等石油加工过程的反应。分子筛使用后可以再生。现在学习的是第13页，共35页分子筛催化剂1.在萘的烷基化反应中2.ZSM-5分子筛催化现在学习的是第14页，共35页3.钛硅分子筛催化剂钛硅分子筛催化剂(热稳定性良好，研究热点热稳定性良好，研究热点)比较两个反应，反应二有何优势传统工艺传统工艺改进工艺改进工艺现在学习的是第15页，共35页分子筛前景：对现有的分子筛进行进一步的改对现有的分子筛进行进一步的改性性抗中毒、择型、抗磨损、防结焦、抗中毒、择型、抗磨损、防结焦、耐高温耐高温引入更多金属助剂，使其性能更广引入更多金属助剂，使其性能更广改进催化剂，开辟新的使用领域改进催化剂，开辟新的使用领域现在学习的是第16页，共35页杂多酸催化剂（固体酸催化剂杂多酸催化剂（固体酸催化剂)：n含氧多元质子酸含氧多元质子酸优点优点n强度均匀强度均匀n有氧化还原能力有氧化还原能力;组成改变，酸强度和氧化还原性能随组成改变，酸强度和氧化还原性能随之改变。之改变。n催化活性很高，在表面，液相中均可催化反应催化活性很高，在表面，液相中均可催化反应 n不腐蚀设备、资源利用充分、不污染环境、工艺简便等。不腐蚀设备、资源利用充分、不污染环境、工艺简便等。现在学习的是第17页，共35页固体酸催化剂应用：杂多酸既是氧化催化剂氧化催化剂，还是光电催化剂光电催化剂十二钨磷酸十二钨磷酸，用于催化丙烯水合制异丙醇，转化率中等，选择性很高，是成功应用的典范杂多酸在石油化工中作为烷基化、酞基化、异构化、醋化、水合、脱水及氧化等诸多反应的催化剂现在学习的是第18页，共35页固体超强酸催化剂：固体超强酸催化剂：u比比100%100%的硫酸的硫酸还要强的酸，分为固态和液态。还要强的酸，分为固态和液态。u对烯烃双键异构化、醇脱水、烯烃烷基化、酸化、对烯烃双键异构化、醇脱水、烯烃烷基化、酸化、醋化等都显示出较高的活性。醋化等都显示出较高的活性。u优点：优点：u和液体超强酸相比，更容易与反应物分离，可重复使和液体超强酸相比，更容易与反应物分离，可重复使用，不腐蚀反应器，不污染环境，选择性良好、催化用，不腐蚀反应器，不污染环境，选择性良好、催化反应温度。反应温度。现在学习的是第19页，共35页在在合成精细化学品（反应工艺过程连续化，增强设备生产能力）合成精细化学品（反应工艺过程连续化，增强设备生产能力）等环境等环境友好新催化工艺中占有重要地位友好新催化工艺中占有重要地位向反应物给出电子。其活性中心具极强的供电子或接受电子能力向反应物给出电子。其活性中心具极强的供电子或接受电子能力优势：活性高、选择性好及反应条件温和、产物易于分离、可循环使用。优势：活性高、选择性好及反应条件温和、产物易于分离、可循环使用。不足：大多制备复杂、成本昂贵、强度较差、极易被大气中的不足：大多制备复杂、成本昂贵、强度较差、极易被大气中的CO2、H2O 等杂质污染等杂质污染,比表面积小比表面积小固体碱催化剂现在学习的是第20页，共35页氧氧化物本征固体化物本征固体碱碱碱金属和碱土金属氧化物型稀土氧化物型复合氧化物型负载型固体碱负载型固体碱Al2O3 为载体的固体碱ZrO2 为载体的固体碱分子筛为载体的固体碱固体碱催化剂现在学习的是第21页，共35页Eg:MgO固体碱催化剂存在着3种吸附CO2中心:碱中心强度顺序为:abc碱金属和碱土金属氧化物型氧氧化物本征固体化物本征固体碱碱现在学习的是第22页，共35页23稀土氧化物的碱性比碱土金属氧化物MgO 的强稀土氧化物型氧氧化物本征固体化物本征固体碱碱why现在学习的是第23页，共35页24负载型固体碱负载型固体碱分子筛为载体的固体碱有3种。（1）碱金属离子交换分子筛;(2)将碱金属或稀土金属以金属态或合金氨化物形态分散到分子筛上所得的固体碱;(3)将弱碱性化合物作为碱位前驱体负载在高比表面沸石上再经过适当处理而产生强碱位所得的固体碱。现在学习的是第24页，共35页生物催化剂定义绿色催化剂之绿色催化剂之生物催化剂生物催化剂生物催化剂的特点：生物催化剂的特点：极高的催化效率反应条件温和（一般在20 一40，p H 4 9）原料来源广（化学品,也可以是农、林、畜、副、渔业的产品或副产品)现在学习的是第25页，共35页酶催化剂现在学习的是第26页，共35页绿色催化剂之生物催化剂绿色催化剂之生物催化剂酶催化实例：酶催化实例：维生素C是人体必需的一种维生素和抗氧剂，在医药工业和食品工业有很大的市场，它的前体2-酮基-L-古龙酸（2-KLG）也是从葡萄糖发酵制得的。2-KLG原来采用“莱氏法”或改良的二步发酵法。近年来，各国生物学家不断探索和研究,构建基因工程菌，实现葡萄糖一步发酵直接生产2-KLG。现在学习的是第27页，共35页绿色催化剂之生物催化剂绿色催化剂之生物催化剂仿酶催化：仿酶催化：模拟酪氨酸酶在生物体内却能高效、高选择性实现单酚的邻位羟化以及氧化邻二酚为邻二醌。模拟酪氨酸酶这些优异功能，开发了酚类化合物的咪唑甲基化新方法，设计合成了一系列含多个咪唑基的双核铜酶模型物4，实现了模型物在室温下对氧气的络合、活化和催化苯偶姻生成二苯基乙二酮的反应，以及催化羧酸酯和磷酸酯的水解反应。现在学习的是第28页，共35页绿色催化剂之生物催化剂绿色催化剂之生物催化剂生物催化在化工生产中的应用：生物催化在化工生产中的应用：1、葡萄糖的生产2、甾体转化3、氨基酸的生产固定化技术现在学习的是第29页，共35页光催化剂借助光的激发而进行催化反应的催化剂ZnO-CuO-H202，在紫外光作用下，可对染料废水进行催化脱色，脱色率近100%TiO2光催化剂光解二氯乙酸、光的光解制氢,CO2的光催化固碳都是为未来解决能源、人工光合作用的主要催化反应现在学习的是第30页，共35页纳米TiO2光催化剂现在学习的是第31页，共35页TiO2粉体和膜材料的掺杂与改性糖果包衣专用糖果包衣专用TiO2现在学习的是第32页，共35页电极催化剂(详述空气电极)金属空气电极研究的热门领域贵金属催化剂（eg:铂,银）金属螯合物(eg:酞菁钴)钙钛矿型氧化物锰氧化物（eg:MnO2）现在学习的是第33页，共35页电极催化剂现在学习的是第34页，共35页膜催化剂现在学习的是第35页，共35页
