第04章各種催化劑及其催化作用

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1、第四章各種催化劑及其催化作用第四章各種催化劑及其催化作用在學習了催化作用和吸附作用的基礎(chǔ)上，本章重點介紹各類催化劑的組成、結(jié)構(gòu)及其催化作用規(guī)律與催化機理。主要包括五大類催化劑：固體酸堿催化劑，分子篩催化劑，金屬催化劑，金屬氧化物和金屬硫化物催化劑，絡合催化劑。重點掌握各類催化劑的基礎(chǔ)知識、基本概念，典型代表、工業(yè)應用及最新進展。2021/7/824-1酸堿催化劑及其催化作用石油煉制和石油化工是催化劑最大的應用領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。在石油煉制和石油化工中，酸催化劑占有重要的地位。烴類的催化裂化，芳烴和烯烴的烷基化，烯烴和二烯烴的齊聚、共聚和高聚，烯烴的水合制醇和醇的催化脫水等反應，都

2、是在酸催化劑的作用下進行的。工業(yè)上用的酸催化劑，多數(shù)是固體。20世紀60年代以來，又發(fā)現(xiàn)一些新型的固體酸催化劑，其中最有影響的是分子篩型催化劑，其次是硫酸鹽型酸性催化劑。2021/7/834-1酸堿催化劑及其催化作用固體酸：一般認為是能夠化學吸附堿的固體，也可以理解為能夠使堿性指示劑在其上面改變顏色的固體。固體酸又分為布朗斯特(Br?nsted)酸和路易斯(Lewis)酸。前者簡稱為B酸，后者簡稱為L酸。B酸B堿的定義為：能夠給出質(zhì)子的都是酸，能夠接受質(zhì)子的都是堿，所以B酸B堿又叫質(zhì)子酸堿。L酸L堿的定義為：能夠接受電子對的都是酸，能夠給出電子對的都是堿，所以L酸L堿又叫非質(zhì)子酸堿。固體堿：

3、能夠接收質(zhì)子或給出電子對的固體。1.固體酸堿的定義和分類2021/7/844-1酸堿催化劑及其催化作用酸堿定義（三種）S.AArrhenius(阿累尼烏斯)酸堿(1)能在水溶液中給予出質(zhì)子(H+)的物質(zhì)稱為酸，(2)能在水溶液中給出羥基離子(OH-)的物質(zhì)稱為堿。J.N.Br?nsted對酸堿定義（B酸堿）(1)凡是能給出質(zhì)子的物質(zhì)稱為酸;(2)凡是能接受質(zhì)子的物質(zhì)稱為堿;G.N.Lewis定義（L酸堿）(1)所謂酸，乃是電子對的受體，如BF3(2)所謂堿，則是電子對的供體，如NH31.固體酸堿的定義和分類2021/7/854-1酸堿催化劑及其催化作用1.固體酸堿的定義和分類HCl→H+＋C

4、l-H2SO4H+＋HSO4-酸堿酸堿2021/7/864-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定固體表面酸堿性質(zhì)的完備表述，包括酸、堿中心的類型，酸、堿強度和酸、堿量。酸位的類型及其鑒定研究NH3和吡啶在固體酸表面上吸附的紅外光譜可以區(qū)分B酸中心和L酸中心。研究表明，NH3在SiO2-Al2O3上可以是物理吸附也可以發(fā)生配位鍵合，還可以是NH4+型吸附。每種吸附模式可以用它們的吸收譜帶鑒別。分析表明L酸位比B酸位為4﹕1。以吡啶為吸附質(zhì)的方法與此類似。2021/7/874-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定酸位的類型及其鑒定酸型（L，B）鑒定：吡啶吸附后

5、紅外光譜會出現(xiàn)特征峰在紅外光譜～1550cm-1處有一特征峰，B型酸。2021/7/884-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定酸位的類型及其鑒定相反，如和L－酸配位，將得到一種配位化合物這時在～1450cm-1處有一特征峰也可以利用紫外-可見光譜來測酸型。2021/7/894-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定固體酸堿的強度和酸堿量B酸強度，是指給出質(zhì)子的能力；L酸強度是指接受電子對的能力。酸強度通常用Hammeett函數(shù)H0表示。若一固體酸表面能夠吸附一未解離的堿，并且將它轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳墓曹椝?，且轉(zhuǎn)變是借助于質(zhì)子自固體酸表面?zhèn)鬟f于吸附堿，即[HA]H+

6、+[B]a[A-]s+[BH+]a2021/7/8104-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定固體酸堿的強度和酸堿量函數(shù)H0表示為：式中[B]a和[BH+]a分別為未解離的堿（堿指示劑）和共軛酸的濃度。pKa是共軛酸BH+解離平衡常數(shù)的負對數(shù)，類似pH。[HA]H++[B]a[A-]s+[BH+]a2021/7/8114-1酸堿催化劑及其催化作用2.固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定固體酸堿的強度和酸堿量若轉(zhuǎn)變是借助于吸附堿的電子對移向固體酸表面，即：式中[A:B]是吸附堿B與電子對受體A形成的絡合物AB的濃度。H0越小酸度越強。2021/7/8124-1酸堿催化劑及其催化作用2.

7、固體表面的酸堿性質(zhì)及其測定固體酸堿的強度和酸堿量酸量：固體表面上的酸量，通常表示為單位重量或單位表面積上酸位的毫摩爾數(shù)，即mmol/wt或mmol/m2。酸量也叫酸度，指酸的濃度。固體堿的強度：定義為表面吸附的酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣曹棄A的能力，也定義為表面給出電子對于吸附酸的能力。堿量的表示，用單位重量或者單位表面積堿的毫摩爾數(shù)，即mmol/wt或mmol/m2。堿量也叫堿度，指堿中心的濃度。2021/7/8134-1酸