第一章 催化作用基础 第一节催化剂与催化作用.ppt

第一章 催化作用基础第一节第一节 催化剂与催化作用催化剂与催化作用一.催化剂的定义l能够增加化学反应达平衡的速度，而在反应过程中不被消耗和产生的物质叫做催化剂。由于催化剂的作用而发生的现象叫做催化作用。l注意：1.催化剂不改变反应的平衡位置，不引发一个热力学上不可行的反应。2.催化剂参与反应过程，只是最后又被还原出来二.催化作用的化学本质l改变反应途径，降低了反应的活化能。三.催化剂的特点选择性用量少有严格的操作条件催化剂的特点选择性l相同原料在不同催化剂上可按不同机理反应，得不同产物l 相同原料在不同催化剂上，虽反应机理相似，但 产物不同l原料、产物都相同时，催化剂不同，反应条件可相差很大l 对连续反应，选择合适的催化剂可使反应停留在中间产物 阶段四.催化反应过程及其分类l催化反应过程的共同特征：le.g.对 A+B AB (非催化过程）A+K AK AK+B AB+K （催化过程）催化反应的分类根据体系中催化剂和反应物的相不同：气相均相 液相均相 气固相 液固相均相催化反应 多相催化反应 (催化剂一般为固体催化剂一般为固体)酶催化反应均相-多相之间 1.均相催化反应：指：催化剂和反应物同处一相的反应。均相催化的特点：（1）催化剂在反应介质中呈分子（离子）状态分散，反应是分子水平的，每个催化剂分子是等同的，有相同的活性。（2）催化过程一般只有两步，不存在传质步骤。2.多相催化反应指：催化剂和反应物处于不同相的反应。催化剂一般为固体。工业催化体系大多为多相体系。多相催化的特点：（1）催化剂以原子（分子）聚集体的形式存在于体系中，反应 物只与催化剂的表面作用。由于表面是不均匀的，表面上 的反应活性也是不均匀的。（2）表面上只有部分原子或原子簇有催化作用，即“活性中心”（活性位）。表面上的活性中心可能不止一种，每一种的 催化活性、密度分布等各不相同。（3）催化过程一般由5步组成：扩散表面吸附表面反应脱附扩散（4）多相催化的优点：无腐蚀，易分离，可再生，多功能。3.酶催化反应：酶本身呈胶体均匀分散在水溶液中（均相），但反应却从反应物在其表面上积聚开始（多相）。故同时具有均相和多相的性质五.催化剂的分类按反应类型分类：酸碱催化剂氧化还原催化剂HCl、H2SO4、H3PO4（B酸）AlCl3、BF3、Al2O（L酸）NaOH、Ca(OH)2、MgO、CaO、Na过渡金属：Ni，Pt过渡金属离子：Ni2+，V5+，Ti4+聚合反应催化剂Ziegler-Natta催化剂Wacker催化剂按化合物类型分类金属催化剂氧化物催化剂卤化物、硫化物含氧酸、杂多酸金属有机化合物酶均相催化剂多相催化剂酸、碱金属有机化合物金属氧化物硫化物按催化反应的相分六六.多相催化剂的评价指标多相催化剂的评价指标 活性 选择性 稳定性和寿命 其它1.活性 活性:指催化剂影响反应速度的程度，或是催化剂转化反应物至产物的能力。可有几种表示方法：（1）反应速率 （2）转化率 （3）收率（1）反应速率：l转换数：单位时间单位活性中心上转换AB的 次数次数活性中心数l对反应A Bmol/cm2hmol/mLhmol/ghs-1X=经反应后转化掉的A的量(NA)进料中A的量100%A的转化率这是工业上常用的方法，但要说明反应条件：T、空速。（2）反应物的转化率：对反应：aA bB （3）产物的收率：l时空收率时空收率100Y某产物的实际生成量该产物的理论产量NBb/a NA01002.选择性 指催化剂将反应物转化为目的产物的能力S%=NB（NA0-NA）100转化为目的产物的原料量 转化掉的原料量=a/b3.稳定性和寿命：稳定性稳定性：指催化剂的活性随时间变化乃至消失的 速度。速度慢，稳定性高。寿寿 命命：指在工业生产条件下，催化剂的活性能达到装置生产能力和允许的原料消耗定额的使用时间，或者活性下降后经再生恢复的累计使用时间。4.机械强度机械强度5.导热性能和比热导热性能和比热 6.形貌和粒度形貌和粒度7.再生性再生性七七.工业上常用的反应器工业上常用的反应器八八.工业催化剂的组成工业催化剂的组成：主催化剂（活性组分）共催化剂主要组分助催化剂载体次要组分主催化剂：起催化作用的根本性物质。e.g.合成 NH3中Fe-Al2O3-K2O,Fe是主催化剂共催化剂：能和主催化剂同时起催化作用的组分。e.g.脱氢催化剂MoO3-Al2O3 石油裂解催化剂SiO2-Al2O3助催化剂：添加到催化剂中可明显改进催化剂的 性能(活性、选择性、强度、寿命等)的组分。e.g.合成NH3中Fe-Al2O3-K2O载体(固体催化剂中所特有的)：担载催化剂组分的单体。e.g.异构化催化剂：Pt/Al2O3 脱氢催化剂：Pd/Al2O3