第三章 各类催化剂及其催化作用.ppt

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1、 第三章第三章各类催化剂及其催化作用各类催化剂及其催化作用 酸碱催化剂及其催化作用酸碱催化剂及其催化作用固体酸碱定义（三种）固体酸碱定义（三种）S.A Arrhenius(阿累尼乌斯阿累尼乌斯)酸碱酸碱(1)能在水溶液中给予出质子能在水溶液中给予出质子(H+)的物质称的物质称为酸。为酸。(2)能在水溶液中给出羟基离子能在水溶液中给出羟基离子(OH-)的物的物质为碱称。质为碱称。J.N.Bronsted对酸碱定义（对酸碱定义（B酸碱）酸碱）(1)凡是能给出质子的物质称为酸凡是能给出质子的物质称为酸(2)凡是能接受质子的物质称为碱凡是能接受质子的物质称为碱G.N.Lewis定义（定义（L酸碱）酸碱

2、）(1)所谓酸，乃是电子对的受体。所谓酸，乃是电子对的受体。如如BF3(2)所谓碱，则是电子对的供体。所谓碱，则是电子对的供体。如如NH3另外在酸碱定义进一步拓展为另外在酸碱定义进一步拓展为R.S.Mulliken引入了电荷转移的概念引入了电荷转移的概念R.G.Rearson引入了软硬酸的概念引入了软硬酸的概念我们主要讨论我们主要讨论B酸碱和酸碱和L酸碱酸碱酸碱通式酸碱通式金属氧化物表面的金属离子是金属氧化物表面的金属离子是L L酸，氧负离酸，氧负离子是子是L L碱。金属离子的电负性越大，则金属离碱。金属离子的电负性越大，则金属离子的酸性越强。子的酸性越强。金属氧化物的碱性也可以同电负性相关联

3、金属氧化物的碱性也可以同电负性相关联,但由于金属氧化物表面往往含有羟基这时的酸但由于金属氧化物表面往往含有羟基这时的酸碱性由碱性由M-OHM-OH中中M-OM-O的键本质决定的键本质决定.若若M-OM-O键强键强,则则解离出解离出H H+,显酸性显酸性,反之反之,若若M-OM-O键弱键弱,则解离出则解离出OHOH-,显碱性。显碱性。酸碱的产生的原因酸碱的产生的原因酸碱的产生的原因是由金属离子或酸碱的产生的原因是由金属离子或氧离子电负性不同产生的局部电荷氧离子电负性不同产生的局部电荷引起的引起的固体酸碱催化剂的种类与应用固体酸碱催化剂的种类与应用固体酸碱催化剂分类固体酸碱催化剂分类(参见书参见书

4、P29)主要有以下几种：天然的、浸渍的，离子主要有以下几种：天然的、浸渍的，离子交换树脂，金属氧化物硫化物，金属盐交换树脂，金属氧化物硫化物，金属盐类，合成复合氧化物。类，合成复合氧化物。应用（催化反应）：应用（催化反应）：脱水，水合，聚合，裂解，烷基化，歧化，脱水，水合，聚合，裂解，烷基化，歧化，异构化，脱烷基等等。异构化，脱烷基等等。固体酸碱的结构特点与酸碱性固体酸碱的结构特点与酸碱性固体酸碱的结构特点固体酸碱的结构特点一般为典型固体酸碱是绝缘体，离子键，一般为典型固体酸碱是绝缘体，离子键，表面酸碱性不均匀。但从广义上讲大多表面酸碱性不均匀。但从广义上讲大多数金属氧化物以及由它们组成的混合

5、和数金属氧化物以及由它们组成的混合和复合氧化物都具有酸碱性。复合氧化物都具有酸碱性。使用时应注意：温度和水含量（对酸碱使用时应注意：温度和水含量（对酸碱性影响。（特别对性影响。（特别对B酸碱的影响）酸碱的影响）酸碱性产生的原因：局部电荷不平衡酸碱性产生的原因：局部电荷不平衡Al2O3表面的脱水过程表面的脱水过程a中氧离子具有碱性，b中的Al具有L酸性 :代表Al混合氧化物固体酸和固体碱混合氧化物固体酸和固体碱4/4-2/3=1/3 正电荷过剩为L酸，若负电荷过剩为B酸。酸碱性的测定与酸碱性调节酸碱性的测定与酸碱性调节酸型（酸型（L，B）鉴定：鉴定：吡啶吸附后红外光谱会出现特征峰吡啶吸附后红外光

6、谱会出现特征峰在红外光谱在红外光谱1550cm-1处有一特征峰，处有一特征峰，B型酸。型酸。相反，如和相反，如和L-酸配位，将得到一种配位化酸配位，将得到一种配位化合物合物这时在这时在1450cm-1处有一特征峰处有一特征峰也可以利用紫外也可以利用紫外-可见光谱来测酸型。可见光谱来测酸型。这时应采用带共轭体系的吸着分子，如蒽，这时应采用带共轭体系的吸着分子，如蒽，芘，三苯甲烷等。芘，三苯甲烷等。SiO2表面酸性表面酸性从图可以看出吡啶在从图可以看出吡啶在从图可以看出吡啶在从图可以看出吡啶在SiOSiO2 2 上的吸附只是物理吸附。上的吸附只是物理吸附。上的吸附只是物理吸附。上的吸附只是物理吸附

7、。150 150 抽真空后抽真空后抽真空后抽真空后,几乎全部脱附几乎全部脱附几乎全部脱附几乎全部脱附,进一步表明纯进一步表明纯进一步表明纯进一步表明纯SiOSiO2 2 上没上没上没上没有酸性中心有酸性中心有酸性中心有酸性中心.Al2O3表面酸性表面酸性AlAl2 2OO3 3 表面只有表面只有表面只有表面只有L L 酸中心酸中心酸中心酸中心(1450(1450 cmcm-1-1),),看看看看不到不到不到不到B B 酸中心。酸中心。酸中心。酸中心。SiO2-Al2O3表面酸性表面酸性从图吡啶吸附在从图吡啶吸附在从图吡啶吸附在从图吡啶吸附在SiOSiO2 2-Al-Al2 2OO3 3 表面上

8、的红外光谱。表面上的红外光谱。表面上的红外光谱。表面上的红外光谱。在在在在200 200 抽真空后于抽真空后于抽真空后于抽真空后于16001600 1450 1450 cmcm-1-1 范围内出现范围内出现范围内出现范围内出现15401540cmcm-1-1表面除存在表面除存在表面除存在表面除存在L L 酸部位外酸部位外酸部位外酸部位外,尚存在尚存在尚存在尚存在B B 酸部位。酸部位。酸部位。酸部位。HY沸石表面酸性沸石表面酸性从图从图从图从图中中中中看到看到看到看到,400,400 脱水后脱水后脱水后脱水后HY HY 沸石出现三个羟基峰沸石出现三个羟基峰沸石出现三个羟基峰沸石出现三个羟基峰3

9、744 3744、3635 3635、3545 3545 cm-1cm-1吡啶吸附再经吡啶吸附再经吡啶吸附再经吡啶吸附再经150 150 抽真空后抽真空后抽真空后抽真空后1540 1540 cm-1(B)cm-1(B)和和和和1450 1450 cm-1(L)cm-1(L)经过经过经过经过420 420 抽空抽空抽空抽空后后后后,B B 酸中心上吸附的吡啶酸中心上吸附的吡啶酸中心上吸附的吡啶酸中心上吸附的吡啶(1540(1540 cm-1)cm-1)和和和和L L 酸中心上吸附的吡啶仍十分强。并酸中心上吸附的吡啶仍十分强。并酸中心上吸附的吡啶仍十分强。并酸中心上吸附的吡啶仍十分强。并且且且且3

10、635 3635 cm-1cm-1羟基峰也未能恢复。表明羟基峰也未能恢复。表明羟基峰也未能恢复。表明羟基峰也未能恢复。表明HYHY沸石表面沸石表面沸石表面沸石表面3635 3635 cm-1cm-1峰的羟基是非常峰的羟基是非常峰的羟基是非常峰的羟基是非常强的强的强的强的B B 酸中心。同时酸中心。同时酸中心。同时酸中心。同时HYHY沸石表面的沸石表面的沸石表面的沸石表面的L L 酸中心也是强酸中心。酸中心也是强酸中心。酸中心也是强酸中心。酸中心也是强酸中心。固体酸的强度和酸量固体酸的强度和酸量酸强度是指给出质子的能力（酸强度是指给出质子的能力（B酸强度）酸强度）或接受电子对的能力（或接受电子对

11、的能力（L酸强度）用函数酸强度）用函数H0表示表示H0=Pka+Ba/BH+a测试方法：正丁胺指示剂滴定法测是总测试方法：正丁胺指示剂滴定法测是总酸度和酸强度酸度和酸强度气态碱吸附脱附法（气态碱吸附脱附法（NH3，吡啶吡啶 等）等）-程序升温脱附法（程序升温脱附法（TPD）脱附温度越高脱附温度越高酸强度越强。酸强度越强。酸量：固体酸表面的酸量，通常用单位酸量：固体酸表面的酸量，通常用单位重量或者单位表面积上酸位的毫摩尔数重量或者单位表面积上酸位的毫摩尔数来表示。（来表示。（mmol/wt，mmol/m2）固体碱强度与碱量固体碱强度与碱量碱强度：定义为表面吸附的酸转成为共碱强度：定义为表面吸附的

12、酸转成为共轭碱的能力，或给出电子对的能力。轭碱的能力，或给出电子对的能力。碱量：碱中心的浓度，碱量：碱中心的浓度，测定方法用气态酸性吸附质，如苯酚，测定方法用气态酸性吸附质，如苯酚，氧化氮等氧化氮等酸位酸强与催化作用关系酸位酸强与催化作用关系（1）大多数酸催化与）大多数酸催化与B酸位有关。酸位有关。如异构化，苯类歧化，脱烷基化等。如异构化，苯类歧化，脱烷基化等。（2）有些反应需有些反应需L酸位。酸位。如有机物的乙酰化反应及涉及如有机物的乙酰化反应及涉及 重组。重组。（3）有的反应需要强）有的反应需要强B酸作用下才能发酸作用下才能发 生。生。如烷基芳烃的歧化等。如烷基芳烃的歧化等。（4）有的反应

13、需要）有的反应需要L酸，酸，B酸同时存在酸同时存在而而 且有协同效应才行。且有协同效应才行。酸强不同有不同的催化活性进而影响选酸强不同有不同的催化活性进而影响选择性。特定的反应要求一定的酸强范围。择性。特定的反应要求一定的酸强范围。多相酸碱催化多相酸碱催化n一、正碳离子的形成一、正碳离子的形成酸中心类型与催化活性、选择性关系酸中心类型与催化活性、选择性关系n不同的酸性催化反应往往需要不同不同的酸性催化反应往往需要不同的酸性中心。的酸性中心。异丙苯裂解异丙苯裂解n在在B酸中心下进行酸中心下进行酸性强弱与催化反应关系酸性强弱与催化反应关系n烃类骨架异构化需要的酸性中心最烃类骨架异构化需要的酸性中心

14、最强，其次是烷基芳烃脱烷基，再其强，其次是烷基芳烃脱烷基，再其次是异构烷烃裂化和烯烃的双键异次是异构烷烃裂化和烯烃的双键异构化，脱水反应所需的酸性中心强构化，脱水反应所需的酸性中心强度最弱。度最弱。固体超强酸碱固体超强酸碱固体超强酸固体超强酸固体酸的强度超过固体酸的强度超过100%硫酸的酸硫酸的酸强度则称为超强酸。强度则称为超强酸。H0-11.9固体超强碱固体超强碱 指指H026的固体碱的固体碱常见的超强酸常见的超强酸nClSO3HnSbF6-SiO2.ZrO2nSO4 2Fe2O3酸碱性的调节酸碱性的调节为了实现一定的催化目的，调节催化剂的酸碱性为了实现一定的催化目的，调节催化剂的酸碱性是必

15、要的。是必要的。（1）金属氧化物表面上的金属离子是）金属氧化物表面上的金属离子是L酸，氧酸，氧负离子是负离子是L碱。表面羟基的酸碱性由碱。表面羟基的酸碱性由M-OH的的M-O键决定。若键决定。若M-O键强，则键强，则H+离出，呈现酸性，离出，呈现酸性，反之离出反之离出OH-呈现碱性。据此可以调节酸碱性。呈现碱性。据此可以调节酸碱性。（2）B，L酸转化根据催化反应要求可利用酸转化根据催化反应要求可利用H2O作为质子源进行调节（作为质子源进行调节（HX，RH也可以调节）用也可以调节）用Na+取代取代H+可以消来可以消来B酸酸此外温度变化对某些催化剂会引起此外温度变化对某些催化剂会引起B，L酸变化。

16、酸变化。如如SiO2等。等。常见固体酸碱催化剂酸碱中心形成常见固体酸碱催化剂酸碱中心形成n1、浸渍法可以得到、浸渍法可以得到B酸位酸位n2、卤化物可以提供、卤化物可以提供L酸位酸位n3、离子交换树脂可以提供、离子交换树脂可以提供B酸碱酸碱n4、单氧化物酸碱中心形成、单氧化物酸碱中心形成n主要是由于在形成氧化物过程中由主要是由于在形成氧化物过程中由于失水作用面在表面形成于失水作用面在表面形成杂多酸化合物酸中心形成n见书上P47页TPD表征固体酸性表征固体酸性 Tanable模型模型金属离子的配位数不变。金属离子的配位数不变。氧离子的配位数与主体氧化物相同。氧离子的配位数与主体氧化物相同。固体酸碱

17、几个应注意的地方固体酸碱几个应注意的地方复合氧化物固体酸碱性的划分复合氧化物固体酸碱性的划分Thomass模型模型（1）认为是形成固溶体。低价金属离子）认为是形成固溶体。低价金属离子进入主体氧化物发生同形取代，而服从进入主体氧化物发生同形取代，而服从主体氧化物的配位数主体氧化物的配位数（2）由比主体金属氧化物中金属配位数）由比主体金属氧化物中金属配位数高一倍的金属氧化物与主体氧化物形成高一倍的金属氧化物与主体氧化物形成固溶体后配位数不变。固溶体后配位数不变。另外过剩电荷是对化学键而言的。另外过剩电荷是对化学键而言的。重要的反应重要的反应1、异构化、异构化2、C-C成键成键-叠合和烷基化叠合和烷

18、基化3、C-C断键断键4、环化和成焦、环化和成焦固体酸的制备技术固体酸的制备技术固体酸催化剂的发展趋势固体酸催化剂的发展趋势为了适应精细化工生产中催化剂同反应为了适应精细化工生产中催化剂同反应物和产物的分离，特别是纳米催化剂技物和产物的分离，特别是纳米催化剂技术在不远的将来会逐渐成为催化研究和术在不远的将来会逐渐成为催化研究和应用的新热点。出现了如下形式的催化应用的新热点。出现了如下形式的催化剂：剂：（1）纳米磁性固体酸催化剂将是固体酸）纳米磁性固体酸催化剂将是固体酸催化剂发展新趋势之一。如尼泊金丁酯催化剂发展新趋势之一。如尼泊金丁酯合成（合成（ZrO2/Fe3O4）（2）负载型杂多酸固体酸催

19、化剂。）负载型杂多酸固体酸催化剂。此外，交联型固体酸催化剂（硅锆交联蒙此外，交联型固体酸催化剂（硅锆交联蒙脱土）脱土）精细化工合成增塑剂n1邻苯二甲酸二酯（DOP）（由苯酐和2-乙基己醇合成催化剂为SO2-4/TiO2-Al2O3n酯化率可达99%n2己二酸二辛酯（DOA）（PVC优良耐寒助剂（SO2-4/ZrO2-La2O3）n3蔗糖八乙酯（SO2-4/TiO2）n2合成香料n乙酸松油酯SO4 2-/TiO2（柠檬香味）n庚酸丁酯SO4 2-/TiO2-La 3+（苹果香晶成分）n醋酸丁酯SO4 2-/ZrO2-TiO2-La 3+（苹果香味）3合成表面活性剂n表面活性剂具有起泡、消泡、乳化

20、、分散、增溶、洗涤、润湿等作用。n硬脂酸聚乙二醇400单酯（PEGMS）非离子型表面活性剂（SO4 2-/ZrO2）烷基葡萄糖苷（APG）绿色非离子型表面活性剂广泛用于化妆品、洗涤剂医药领域（SO4 2-/Al2O3）氨基酸表面活性剂（氨基酸月桂酯）（SnCl4/C）4在合成涂料中应用n乙二醇单乙醚乙酯作为皮革粘结剂油漆剥离剂（SO4 2-/TiO2）n丙烯酸丁酯用于表面涂料，粘合剂，密封剂，皮革处理剂（SO4 2-/TiO2）n甲基丙烯酸异丁酯是耐酸耐碱性涂料的基料SO4 2-/ZrO2-TiO2L-H模型与模型与E-R模型模型n nL-H（Langmuir-Hinshelwood）S-SA

21、+B+S-SA BA-BS-SS-S产物+反应是通过在表面上吸附态的两种组分反应是通过在表面上吸附态的两种组分A、B相互作用而进行相互作用而进行A+B+SB+SASABS+产物E-R（Eley-Rideal）反应是通过吸附态的组分反应是通过吸附态的组分A和气相中的组分和气相中的组分B相互作用而进行相互作用而进行表面动力学方程表面动力学方程n n前题前题n n1、要有一个吸附机理模型、要有一个吸附机理模型n n2、知道催化反应的机理、知道催化反应的机理n n3、反应的控制步骤处理、反应的控制步骤处理n n4、反应速率拟稳态处理、反应速率拟稳态处理n n推导步骤推导步骤n n1、质量作用定律、质量

22、作用定律n n2、表面浓度、空位率、表面浓度、空位率V V，覆盖率覆盖率关关系式系式n n3、注意利用、注意利用“平衡关系平衡关系”和和“控制步骤控制步骤”“稳态稳态”概念的含义概念的含义吉布斯自由能吉布斯自由能双组分表面动力学分析双组分表面动力学分析n1、吸附与表面反应及脱附过程、吸附与表面反应及脱附过程n在金属氧化物催化剂上的变换反应历程为：nn为活性中心，按Langmuir吸附模型，推导（1）为控制步骤n的动力学方程n解：依题意，由（1）式，知：r1=ksPH2Ov-ksPH2o n由（2）式，知：kdoPCO=kavPCO2n由L吸附模型，v+o=1n将上述三式联立，得：nr=r1=k

23、sPH2O/（1+KPCO2/PCO）-KksPCO2/（1+KPCO2/PCO)n（这里，令K=ka/kd）n复习课n n1 1、催化剂失活，可从中毒、积炭、催化剂结构发生变、催化剂失活，可从中毒、积炭、催化剂结构发生变、催化剂失活，可从中毒、积炭、催化剂结构发生变、催化剂失活，可从中毒、积炭、催化剂结构发生变化如晶粒长大，发生迁移和烧结，中毒不都是不利的化如晶粒长大，发生迁移和烧结，中毒不都是不利的化如晶粒长大，发生迁移和烧结，中毒不都是不利的化如晶粒长大，发生迁移和烧结，中毒不都是不利的也可以提高选择性。中毒主要是强吸附，或介质与催也可以提高选择性。中毒主要是强吸附，或介质与催也可以提高

24、选择性。中毒主要是强吸附，或介质与催也可以提高选择性。中毒主要是强吸附，或介质与催化剂活性中心发生化学反应生成新物种而导致的。化剂活性中心发生化学反应生成新物种而导致的。化剂活性中心发生化学反应生成新物种而导致的。化剂活性中心发生化学反应生成新物种而导致的。积炭是与催化过程的主副反应过程相关的，特别是含积炭是与催化过程的主副反应过程相关的，特别是含积炭是与催化过程的主副反应过程相关的，特别是含积炭是与催化过程的主副反应过程相关的，特别是含有脱氢聚合，有脱氢聚合，有脱氢聚合，有脱氢聚合，C-CC-C键裂的催化反应是极容易积炭的，催键裂的催化反应是极容易积炭的，催键裂的催化反应是极容易积炭的，催键

25、裂的催化反应是极容易积炭的，催化裂化过程发生了积炭但由于充分利用流化床技术，化裂化过程发生了积炭但由于充分利用流化床技术，化裂化过程发生了积炭但由于充分利用流化床技术，化裂化过程发生了积炭但由于充分利用流化床技术，将积炭进行烧炭过程从而转化为催化裂化获取热量的将积炭进行烧炭过程从而转化为催化裂化获取热量的将积炭进行烧炭过程从而转化为催化裂化获取热量的将积炭进行烧炭过程从而转化为催化裂化获取热量的好途径。好途径。好途径。好途径。对于多活性中心催化体系，对我们不需要的活性中心对于多活性中心催化体系，对我们不需要的活性中心对于多活性中心催化体系，对我们不需要的活性中心对于多活性中心催化体系，对我们不

26、需要的活性中心在研发催化剂体系中加入选择性中毒助剂，将易于发在研发催化剂体系中加入选择性中毒助剂，将易于发在研发催化剂体系中加入选择性中毒助剂，将易于发在研发催化剂体系中加入选择性中毒助剂，将易于发生副反应的活性中心毒化掉，从而使副反应不发生，生副反应的活性中心毒化掉，从而使副反应不发生，生副反应的活性中心毒化掉，从而使副反应不发生，生副反应的活性中心毒化掉，从而使副反应不发生，也就提高了催化剂选择性。也就提高了催化剂选择性。也就提高了催化剂选择性。也就提高了催化剂选择性。n2、催化剂的组成与催化作用催化剂的组成与催化作用催化剂构成有活性组分和助剂，有些催化剂还催化剂构成有活性组分和助剂，有些

27、催化剂还需要载体，活性组分形式有些催化剂只有一需要载体，活性组分形式有些催化剂只有一种活性组分，有些必需有两个或两个以上组种活性组分，有些必需有两个或两个以上组份共同作用才构成催化剂的活性相（活性组份共同作用才构成催化剂的活性相（活性组分）如硅铝催化剂是由二氧化硅与三氧化铝分）如硅铝催化剂是由二氧化硅与三氧化铝共同起作用，但独的二氧化硅和三氧化铝都共同起作用，但独的二氧化硅和三氧化铝都没有这个催化作用。活性组份可以分为半导没有这个催化作用。活性组份可以分为半导体、绝缘体、导体、也可以分为金属、氧化体、绝缘体、导体、也可以分为金属、氧化物、络合物等。金属催化剂（活性组分）主物、络合物等。金属催化

28、剂（活性组分）主要是过渡金属，过渡金属。要是过渡金属，过渡金属。这里要特别强调，各类催化剂的特点，如过渡金这里要特别强调，各类催化剂的特点，如过渡金这里要特别强调，各类催化剂的特点，如过渡金这里要特别强调，各类催化剂的特点，如过渡金属催化剂，主要用在加氢、脱氢，选择性加氢属催化剂，主要用在加氢、脱氢，选择性加氢属催化剂，主要用在加氢、脱氢，选择性加氢属催化剂，主要用在加氢、脱氢，选择性加氢与氧化过程。这里选择加氢与几何适应有一定与氧化过程。这里选择加氢与几何适应有一定与氧化过程。这里选择加氢与几何适应有一定与氧化过程。这里选择加氢与几何适应有一定关联，而下面提到的选择性氧化与催化剂表面关联，而

29、下面提到的选择性氧化与催化剂表面关联，而下面提到的选择性氧化与催化剂表面关联，而下面提到的选择性氧化与催化剂表面氧种种类有关系。氧种种类有关系。氧种种类有关系。氧种种类有关系。过渡金属氧化物（半导体）催化剂一般可用在过渡金属氧化物（半导体）催化剂一般可用在过渡金属氧化物（半导体）催化剂一般可用在过渡金属氧化物（半导体）催化剂一般可用在加氢，脱氢，深度氧化，选择性氧化等过程加氢，脱氢，深度氧化，选择性氧化等过程加氢，脱氢，深度氧化，选择性氧化等过程加氢，脱氢，深度氧化，选择性氧化等过程酸碱催化剂（一般为绝缘体催化剂）一般用在裂酸碱催化剂（一般为绝缘体催化剂）一般用在裂酸碱催化剂（一般为绝缘体催化

30、剂）一般用在裂酸碱催化剂（一般为绝缘体催化剂）一般用在裂化，异构化，脱氢，取代，脱水等过程有关系。化，异构化，脱氢，取代，脱水等过程有关系。化，异构化，脱氢，取代，脱水等过程有关系。化，异构化，脱氢，取代，脱水等过程有关系。助剂有电子助剂结构助剂，助剂的作用是多方面的，如助剂有电子助剂结构助剂，助剂的作用是多方面的，如助剂有电子助剂结构助剂，助剂的作用是多方面的，如助剂有电子助剂结构助剂，助剂的作用是多方面的，如可以改变催化剂的化学组成，价态，酸碱性，晶格结可以改变催化剂的化学组成，价态，酸碱性，晶格结可以改变催化剂的化学组成，价态，酸碱性，晶格结可以改变催化剂的化学组成，价态，酸碱性，晶格结

31、构，表面组成，孔径大小与孔径分布，机械强度等。构，表面组成，孔径大小与孔径分布，机械强度等。构，表面组成，孔径大小与孔径分布，机械强度等。构，表面组成，孔径大小与孔径分布，机械强度等。总之，它是起辅助作用，对催化剂的催化性能起改善总之，它是起辅助作用，对催化剂的催化性能起改善总之，它是起辅助作用，对催化剂的催化性能起改善总之，它是起辅助作用，对催化剂的催化性能起改善作用。作用。作用。作用。n n如合成氨加入如合成氨加入如合成氨加入如合成氨加入K2OK2O，重整催化剂中加入重整催化剂中加入重整催化剂中加入重整催化剂中加入ReRe分子筛中加分子筛中加分子筛中加分子筛中加入稀土等（见入稀土等（见入稀

32、土等（见入稀土等（见P9P9的的的的1-31-3表）加入石墨可以起到造孔与表）加入石墨可以起到造孔与表）加入石墨可以起到造孔与表）加入石墨可以起到造孔与改善孔结构的目的。选用助剂过程一般是在主活性组改善孔结构的目的。选用助剂过程一般是在主活性组改善孔结构的目的。选用助剂过程一般是在主活性组改善孔结构的目的。选用助剂过程一般是在主活性组分已经确立的情况下，根据主活性组分的特点与你所分已经确立的情况下，根据主活性组分的特点与你所分已经确立的情况下，根据主活性组分的特点与你所分已经确立的情况下，根据主活性组分的特点与你所关注的主反应与副反应，通过助剂来改进催化性能，关注的主反应与副反应，通过助剂来改

33、进催化性能，关注的主反应与副反应，通过助剂来改进催化性能，关注的主反应与副反应，通过助剂来改进催化性能，如提高活性，选择性，传热性能，机械强度，稳定性如提高活性，选择性，传热性能，机械强度，稳定性如提高活性，选择性，传热性能，机械强度，稳定性如提高活性，选择性，传热性能，机械强度，稳定性等等。如金属催化剂，如果主反应是脱氢，你马上可等等。如金属催化剂，如果主反应是脱氢，你马上可等等。如金属催化剂，如果主反应是脱氢，你马上可等等。如金属催化剂，如果主反应是脱氢，你马上可以推出相对加氢温度要高，有可能发生（利用化学知以推出相对加氢温度要高，有可能发生（利用化学知以推出相对加氢温度要高，有可能发生（

34、利用化学知以推出相对加氢温度要高，有可能发生（利用化学知识，）金属虽然熔点很高但从材料学角度会出现识，）金属虽然熔点很高但从材料学角度会出现识，）金属虽然熔点很高但从材料学角度会出现识，）金属虽然熔点很高但从材料学角度会出现0.3-0.3-0.50.5TmTm的情况，发生晶粒团聚长大甚至烧结现象。的情况，发生晶粒团聚长大甚至烧结现象。的情况，发生晶粒团聚长大甚至烧结现象。的情况，发生晶粒团聚长大甚至烧结现象。（P9P9图图图图1-31-3及相关文字叙述的情况）加入助剂来进行及相关文字叙述的情况）加入助剂来进行及相关文字叙述的情况）加入助剂来进行及相关文字叙述的情况）加入助剂来进行改善等等。也可

35、以利用载体来分散作用。改善等等。也可以利用载体来分散作用。改善等等。也可以利用载体来分散作用。改善等等。也可以利用载体来分散作用。n n我们已经讲过表征手段，出现这种现象如何表我们已经讲过表征手段，出现这种现象如何表我们已经讲过表征手段，出现这种现象如何表我们已经讲过表征手段，出现这种现象如何表征，宏观上活性选择性下降，微观，电镜征，宏观上活性选择性下降，微观，电镜征，宏观上活性选择性下降，微观，电镜征，宏观上活性选择性下降，微观，电镜（TEMTEM）扫描电镜（扫描电镜（扫描电镜（扫描电镜（SEMSEM）来看出现晶粒发生来看出现晶粒发生来看出现晶粒发生来看出现晶粒发生（前面所说的长大与团聚、烧

36、结等现象。改进（前面所说的长大与团聚、烧结等现象。改进（前面所说的长大与团聚、烧结等现象。改进（前面所说的长大与团聚、烧结等现象。改进之后要进行活性与表征对比。又出现什么现象。之后要进行活性与表征对比。又出现什么现象。之后要进行活性与表征对比。又出现什么现象。之后要进行活性与表征对比。又出现什么现象。n n（更进一步，如用红外出现什么现象研究吸附（更进一步，如用红外出现什么现象研究吸附（更进一步，如用红外出现什么现象研究吸附（更进一步，如用红外出现什么现象研究吸附态，态，态，态，XPSXPS出现什么现象研究表面价态分布和组出现什么现象研究表面价态分布和组出现什么现象研究表面价态分布和组出现什么

37、现象研究表面价态分布和组成，成，成，成，TGTG与与与与DTADTA上出现象如积炭会出现峰）上出现象如积炭会出现峰）上出现象如积炭会出现峰）上出现象如积炭会出现峰）n n对催化剂组成与助剂，从制备的角度，我们应对催化剂组成与助剂，从制备的角度，我们应对催化剂组成与助剂，从制备的角度，我们应对催化剂组成与助剂，从制备的角度，我们应考虑些有关的问题。如多组分浸渍过程如何操考虑些有关的问题。如多组分浸渍过程如何操考虑些有关的问题。如多组分浸渍过程如何操考虑些有关的问题。如多组分浸渍过程如何操作可以得到负载型催化剂表表面均匀的贵金属作可以得到负载型催化剂表表面均匀的贵金属作可以得到负载型催化剂表表面均

38、匀的贵金属作可以得到负载型催化剂表表面均匀的贵金属催化剂，及不均匀分布中几中情况催化剂，及不均匀分布中几中情况催化剂，及不均匀分布中几中情况催化剂，及不均匀分布中几中情况,采用何种相采用何种相采用何种相采用何种相应制备手段可以实现。进一步了解一下浸渍法应制备手段可以实现。进一步了解一下浸渍法应制备手段可以实现。进一步了解一下浸渍法应制备手段可以实现。进一步了解一下浸渍法有几种方式。工业催化剂再生方式有几种，毒有几种方式。工业催化剂再生方式有几种，毒有几种方式。工业催化剂再生方式有几种，毒有几种方式。工业催化剂再生方式有几种，毒物的种类积炭是引起失活的一种原因，物的种类积炭是引起失活的一种原因，

39、物的种类积炭是引起失活的一种原因，物的种类积炭是引起失活的一种原因，P107P107详细列出一些常见的催化反应易产生积炭的情详细列出一些常见的催化反应易产生积炭的情详细列出一些常见的催化反应易产生积炭的情详细列出一些常见的催化反应易产生积炭的情况。但催化剂导热性不好或反应器超温运行都况。但催化剂导热性不好或反应器超温运行都况。但催化剂导热性不好或反应器超温运行都况。但催化剂导热性不好或反应器超温运行都有可能引起积炭发生，前面讲了流化催化裂化有可能引起积炭发生，前面讲了流化催化裂化有可能引起积炭发生，前面讲了流化催化裂化有可能引起积炭发生，前面讲了流化催化裂化烧炭过程巧妙利用，而防止积炭从工艺上

40、讲还烧炭过程巧妙利用，而防止积炭从工艺上讲还烧炭过程巧妙利用，而防止积炭从工艺上讲还烧炭过程巧妙利用，而防止积炭从工艺上讲还可以利用蒸气或临氢条件进行也可以。可以利用蒸气或临氢条件进行也可以。可以利用蒸气或临氢条件进行也可以。可以利用蒸气或临氢条件进行也可以。TPD(Temperature-programmed desorption)n n程序升温脱附程序升温脱附是指在设定的条件是指在设定的条件下通过探针分子在催化剂表面吸附下通过探针分子在催化剂表面吸附脱附过程来研究。脱附过程来研究。n n催化剂的吸附性能催化剂的吸附性能(吸附中心的结构、吸附中心的结构、能量状态分布、吸附分子在吸附中能量状态

41、分布、吸附分子在吸附中心上的吸附态等心上的吸附态等)和催化性能和催化性能(催化催化剂活性中心的性质、结构和反应分剂活性中心的性质、结构和反应分子在其上的反应历程等子在其上的反应历程等)。n nP0是测试温度下的饱和蒸气压，是测试温度下的饱和蒸气压，P平平衡压力衡压力n nSg每克催化剂的总表面积，每克催化剂的总表面积，Vm催化剂催化剂表面铺满单分子层时所需吸附质的体表面铺满单分子层时所需吸附质的体积。积。am表观分子截面积表观分子截面积n n比表面积：比表面积：n nBET方程：方程：P/V(P0-P)对对P/P0作图得作图得一条直线可以得到一条直线可以得到BET方程测催化剂的比表面积方程测催

42、化剂的比表面积BET方程的压力适用范围方程的压力适用范围相对压力为相对压力为0.050.30。相对压力。相对压力太小，小于太小，小于0.05时建立不起多层物时建立不起多层物理吸附平衡，相对压力大于理吸附平衡，相对压力大于0.30时，时，毛细也凝结变得显著，能破坏多层毛细也凝结变得显著，能破坏多层物理吸附平衡。物理吸附平衡。BET测比表面举例测比表面举例用液氮来测硅胶的比表面，通过利用用液氮来测硅胶的比表面，通过利用对对P/P0作图测得斜率作图测得斜率=13.8510-3cm-3 截距截距=0.15 10-3 cm-3Vm=1/(斜率斜率+截距截距)=71cm3(STP)硅胶样品重硅胶样品重=0

43、.83gSg=(71/22400)6.02 1023 16.2 10-20/0.83 =373m2.g-1沸石与分子筛沸石与分子筛沸石是指具有骨架型结构的硅酸盐中的沸石是指具有骨架型结构的硅酸盐中的硅（硅（Si4+）被铝（被铝（Al3+）部分取代后形成部分取代后形成的硅铝酸盐。的硅铝酸盐。由于灼烧是晶体中的水被赶出，产生类由于灼烧是晶体中的水被赶出，产生类似沸腾的现象，故称为沸石或泡沸石。似沸腾的现象，故称为沸石或泡沸石。这种硅酸盐晶体具有很在的空旷的硅氧这种硅酸盐晶体具有很在的空旷的硅氧骨架，在结构中具有许多均匀的孔道，骨架，在结构中具有许多均匀的孔道，对与之吸附作用分子起筛分作用故称之对与

44、之吸附作用分子起筛分作用故称之为分子筛。为分子筛。分子筛的结构构型分子筛的结构构型分子筛的结构构型三种层次：分子筛的结构构型三种层次：（1）基本结构单元是硅氧四面体（）基本结构单元是硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（和铝氧四面体（AlO4）（2）硅氧四面体和铝氧四面体可通过氧硅氧四面体和铝氧四面体可通过氧原子（氧桥）联结起来形成环。由四个原子（氧桥）联结起来形成环。由四个四面体形成一个环就叫四元氧环。以此四面体形成一个环就叫四元氧环。以此类推有五元氧环、六元氧环，八元氧环，类推有五元氧环、六元氧环，八元氧环，十元氧环和十二元氧环等。十元氧环和十二元氧环等。窗口氧环的孔口对通过的分子起筛分作窗

45、口氧环的孔口对通过的分子起筛分作用。用。（3）各种不同的环通过氧桥相互联接又）各种不同的环通过氧桥相互联接又可形成三维空间的多面体。各种各样的可形成三维空间的多面体。各种各样的多面体构成中空的笼。笼进一步相互联多面体构成中空的笼。笼进一步相互联接形成分子筛。接形成分子筛。常见笼简介常见笼简介笼：笼：A A型分子筛骨架结构的主要孔穴。型分子筛骨架结构的主要孔穴。它是一个二十六面体，由十二个四员环，它是一个二十六面体，由十二个四员环，八个六员环以及六个八员环所组成，共八个六员环以及六个八员环所组成，共有有2626个面，个面，4848个顶角，笼中平均有效直个顶角，笼中平均有效直径为径为1.141.1

46、4nmnm有效体积为有效体积为0.760.76nmnm3 3n n外界分子通过八员环进入笼中。外界分子通过八员环进入笼中。笼笼：它上一个十四面体，由六个四元它上一个十四面体，由六个四元环和八个六元环所组成，共有二十四个环和八个六元环所组成，共有二十四个顶角。顶角。笼可以看作是由立方体和正八笼可以看作是由立方体和正八面体共同组成的，也称立方八面体。笼面体共同组成的，也称立方八面体。笼中平均有效直径为中平均有效直径为0.660.66nm,nm,有效体积为有效体积为0.160.16nmnm3 3。八面沸石笼：它也是一个二十六面体，八面沸石笼：它也是一个二十六面体，由十八个四元环，四个六元环和四十二由

47、十八个四元环，四个六元环和四十二个十二元环所组成。笼的平均有效直径个十二元环所组成。笼的平均有效直径为为1.251.25nm,nm,有效体积为有效体积为0.850.85nmnm是是X X和和Y Y型分型分子筛最主要的孔穴子筛最主要的孔穴,其中十二员环孔径其中十二员环孔径0.90.9nmnm左右为主要通道。左右为主要通道。常见的分子筛结构特点常见的分子筛结构特点A型分子筛：将型分子筛：将笼放在立方体的八个顶笼放在立方体的八个顶点上，并用立方体笼（点上，并用立方体笼（笼笼 ）互相联结）互相联结起来，中间形成了起来，中间形成了笼。笼。笼之间通道笼之间通道由一个八元环的窗口相连接，直径约由一个八元环的

48、窗口相连接，直径约0.40.4nm nm 故称为故称为4 4A A分子筛。分子筛。A A型分子筛的有效孔径随骨架外的金属离型分子筛的有效孔径随骨架外的金属离子而异，当金属离子为子而异，当金属离子为NaNa时，有效孔径时，有效孔径为为4 4A A，称为称为4 4A A型分子筛，用型分子筛，用K+K+取代取代Na+Na+后，后，有效孔径变小称为有效孔径变小称为3 3A A分子筛，当分子筛，当Na+Na+有有70-80%70-80%被被CaCa2+2+取代，有效孔径扩大，称为取代，有效孔径扩大，称为5 5A A分子筛。分子筛。5 5A A脱蜡，脱蜡，4 4A A干燥（甲，乙，干燥（甲，乙，丙烷分离，

49、丙烷分离，3 3A A干燥乙烯，丙烯等。干燥乙烯，丙烯等。X、Y型分子筛：区别只在于硅铝比的不型分子筛：区别只在于硅铝比的不同，结构同天然的八面沸石相近又称八同，结构同天然的八面沸石相近又称八面沸石。具体：面沸石。具体：将金刚石的密堆立方晶将金刚石的密堆立方晶系结构中的碳原子用系结构中的碳原子用笼，再用六方笼笼，再用六方笼相联结，形成了八面沸石晶体结构。相相联结，形成了八面沸石晶体结构。相通的窗孔为十二元环。有效孔径为通的窗孔为十二元环。有效孔径为0.740.74nmnm。Si/Al=1-1.5Si/Al=1-1.5为为X X型型,1.5-3.0,1.5-3.0为为Y Y型型丝光沸石型分子筛丝

50、光沸石型分子筛结构特点：没有笼（与结构特点：没有笼（与A型，型，X，Y型不型不同）同）而是层状结构，由成对的五元环联结在而是层状结构，由成对的五元环联结在一起，然后通过氧桥同另一对联结，联一起，然后通过氧桥同另一对联结，联结处形成四元环，进一步联结形成层状结处形成四元环，进一步联结形成层状结构。结构中有八元环和十二元环。十结构。结构中有八元环和十二元环。十二元环呈椭圆形，平均直径二元环呈椭圆形，平均直径0.74nm，是是丝光沸石的主孔道，一维直通孔道。丝光沸石的主孔道，一维直通孔道。高硅沸石高硅沸石ZSM型分子筛（型分子筛（ZSM-5，ZSM-8，ZSM-11等）等）ZSM-5:Si/Al=5