《催化劑與催化作用》PPT課件

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1、催化作用與催化劑催化作用的特征催化劑的組成與功能催化劑的性能(催化指標(biāo))活性選擇性穩(wěn)定性催化劑和催化反應(yīng)分類催化劑的定義研究一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系反應(yīng)的平衡位置屬于化學(xué)熱力學(xué)多久能達(dá)到平衡位置屬于化學(xué)動(dòng)力學(xué)催化劑是一種能加速反應(yīng)的速率而不改變反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由焓的物質(zhì)。催化劑作為一種化學(xué)物質(zhì)，它能夠與反應(yīng)物相互作用，但是在反應(yīng)的終結(jié)它仍保持不變。催化劑加速化學(xué)反應(yīng)的實(shí)例SO2＋O2?SO3(V2O5)，無(wú)催化劑時(shí)，即使加熱也幾乎不生成SO3。N2＋H2?NH3(Fe催化劑)，若沒(méi)有鐵催化劑，在反應(yīng)溫度為40

2、0℃時(shí)，其反應(yīng)速度極慢，甚至不能覺(jué)察出來(lái)，而當(dāng)有鐵催化劑的存在時(shí)，就實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)合成氨。催化過(guò)程的發(fā)展1838年，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模合成SO31913年．實(shí)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模合成氨，Pt將氨氧化來(lái)制造硝酸，用以生產(chǎn)肥料和炸藥。1923年．實(shí)現(xiàn)了以煤為原料，通過(guò)CO＋H2的合成烴類，即所謂費(fèi)托(F—T)合成。Cu系催化劑作用下制得了甲醇。20年代以后，利用釩作催化劑由萘成功地氧化為鄰二甲苯酐。催化理論的基本思想的形成在這一時(shí)期，逐步產(chǎn)生了某些催化理論的基本思想。例如，不穩(wěn)定表面中間物(1910年)，晶格非理想

3、性(1920年)，表面活性中心(1925年)，這些理論雛形在實(shí)踐中應(yīng)用，起到了改進(jìn)舊催化劑、開(kāi)發(fā)新催化劑的作用，推動(dòng)了化學(xué)工業(yè)的發(fā)展。新的催化過(guò)程幫助提高經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)能力1936年改性天然白土作為催化裂化催化劑生產(chǎn)高辛烷值汽油40年代初改用合成硅鋁膠催化劑60年代又改用稀土分子篩催化劑，既進(jìn)一步提高了汽油辛烷值，又極大地提高了產(chǎn)率。催化過(guò)程1953年用Ziegler—Natt催化劑合成聚乙烯1957年磷鉬酸鉍催化劑使丙烯氨氧化合成丙烯腈，為人造橡膠、纖維、塑料三大合成材料的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。催化過(guò)

4、程幫助解決危機(jī)為控制大氣污染，1970年又研制成功了汽車廢氣凈化的貴金屬和非貴金屬催化劑。隨著石油危機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)煤資源和重油的開(kāi)發(fā)利用又受到了重視，由此對(duì)耐硫的硫化物催化劑和使用ZSM—5分子篩催化劑由甲醇生產(chǎn)汽油的催化過(guò)程等都引起了人們的興趣一些重要的工業(yè)催化過(guò)程催化作用的特征通過(guò)改變反應(yīng)歷程改變反應(yīng)速度能減小活化吉布斯自由能，提高反應(yīng)速度只能加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡的位置只能加速熱力學(xué)上可以進(jìn)行的反應(yīng)對(duì)加速反應(yīng)具有選擇性催化劑的壽命催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡位置化學(xué)平衡是由

5、熱力學(xué)決定的?G0＝-RT1nKP，其中KP為反應(yīng)的平衡常數(shù)，?G0是產(chǎn)物與反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)自由焓之差，是狀態(tài)函數(shù)，只決定于過(guò)程的始終態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)，催化劑的存在不影響?G0值，它只能加速達(dá)到平衡所需的時(shí)間，而不能移動(dòng)平衡點(diǎn)。催化劑加速反應(yīng)趨于平衡，不能改變平衡位置乙苯脫氫制苯乙烯，在600℃常壓、乙苯與水蒸汽摩爾比為1：9時(shí)，按平衡常數(shù)計(jì)算，達(dá)到平衡后苯乙烯的最大產(chǎn)率為72.3％，這是平衡產(chǎn)率，是熱力學(xué)所預(yù)示的反應(yīng)限度。為了盡可能實(shí)現(xiàn)此產(chǎn)率，可選擇良好催化劑以使反應(yīng)加速。但在反應(yīng)條件下，要想用催化

6、劑使苯乙烯產(chǎn)率超過(guò)72.3％是不可能的。催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，某一反應(yīng)可能生成不只一種產(chǎn)物時(shí)，應(yīng)用催化劑可加速某一目的產(chǎn)物的反應(yīng)，即稱為催化劑對(duì)該反應(yīng)的選擇性。工業(yè)上就是利用催化劑具有選擇性，使原料轉(zhuǎn)化為所需要的產(chǎn)品。例如，以合成氣(CO＋H2)為原料，使用不同的催化劑則沿不同的途徑進(jìn)行反應(yīng)。催化劑對(duì)反應(yīng)具有選擇性催化劑的組成與功能活性組分化學(xué)活性載體高表面積、孔結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度助催化劑對(duì)活性組分/載體改性催化劑的性能指標(biāo)活性(catalyticactivity)在特定反應(yīng)條件下，單

7、位質(zhì)量（或體積）催化劑在單位時(shí)間內(nèi)所生成的產(chǎn)物質(zhì)量。單位：g產(chǎn)品/(g催化劑?h)或g產(chǎn)品/(ml催化劑?h)或t產(chǎn)品/(m3催化劑?d)衡量催化劑效能大小，表示催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率程度的一種度量。選擇性(selectivity，S)：生成目的產(chǎn)物所消耗的原料量與反應(yīng)過(guò)程中消耗的原料總量之比。S=目標(biāo)產(chǎn)物量/全部產(chǎn)物量穩(wěn)定性或壽命化學(xué)穩(wěn)定性：保持穩(wěn)定的化學(xué)組成和化合狀態(tài)。耐熱穩(wěn)定性(thermalstability)：催化劑在高溫苛刻反應(yīng)條件下，長(zhǎng)期具有穩(wěn)定的催化性能。要求：良好導(dǎo)熱性能，較高熱

8、容量；較寬適應(yīng)溫度。穩(wěn)定性(stability)催化劑在反應(yīng)前后維持活性和選擇性的能力抗毒穩(wěn)定性(resistancetopoisoning)：催化劑對(duì)少量有害雜質(zhì)的毒化所具備的抵制能力。不同催化劑對(duì)不同雜質(zhì)具有不同的抗毒穩(wěn)定性，同一種催化劑，對(duì)同一種雜質(zhì)在不同的反應(yīng)條件下，也有不同的抗毒穩(wěn)定性。機(jī)械穩(wěn)定性：固體催化劑顆粒抵抗摩擦、沖擊、重壓、溫度等引起的種種應(yīng)力的程度?；钚越M分的流失(loseofactivecomponent)：催化劑的某個(gè)或某些活性組分，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中發(fā)生升