《催化剂的设计》PPT课件

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1、催化劑設計一、基本概念催化劑設計是應用已經確定的基本概念和一般規律為某一反應選擇一種或者一類催化劑，是從已經確定的理論來預測試驗的途徑和結果；而催化反應是用現有的或者新的理論來解釋一系列的實驗現象和結果催化劑設計是已有的概念的新應用，而不是催化作用的新理論。二、Whatiscatalystdesign?應用現有的催化理論知識、規律和經驗，對所研究的物件進行分析、邏輯推理，以逐步縮小範圍和逼近所希望的催化劑常規知識和邏輯推理的聯合催化劑設計和試驗驗證想結合並反復進行盡可能多地吸收、參考和採用文獻資料三、催化劑研究開發過程合成氨催化工藝開發過程中，德國化學家曾經研究了二萬個配方汽車尾氣排放污染處理

2、催化劑的研究，通用汽車公司就曾對82家著名的催化劑生產公司所提供的1500多種催化劑進行實驗，該公司參加的人員超過5000人四、催化劑設計的步驟催化劑設計的內容四、催化劑設計的步驟1、詳細分析研究物件和明確問題所在甲烷氧化2、寫出在明確的條件下可能發生的化學反應，包括希望的和不希望的反應3、進行熱力學計算，明確那些反應是可進行的，那些反應是不可能進行的4、根據已知的基礎理論知識和某些規律性的資料，設計對所需反應有利而對不希望的反應無利的可能的催化劑類型和主要化學組分四、催化劑設計的步驟5、選擇助催化劑和載體6、通過試驗驗證初步的設計，根據試驗結果再進行設計，然後再驗證，反復進行五、催化劑設計的

3、背景資料主要組分的選擇活性模型吸附熱方面的資料希望的化學吸附配合物幾何構型配位元場、晶體場理論改進催化劑的設計（次要組分的設計）六、設計催化劑主組分依據的資料（一）、活性模型1、金屬主要用於加氫、脫氫、異構化和氧化等反應凡是涉及氫H的反應，金屬的活性順序大致為：Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt>Fe,Co,Ni>Ta,W,Cr~CuPd是非常特殊的金屬，通常兼有活性和選擇性金屬的活性有時和金屬的d軌道的空穴量有關金屬催化劑的活性常常與它的晶格常數有關乙烯加氫反應（一）、活性模型2、氧化物過渡金屬氧化物對氧化反應的統計表明，Co2O3，CuO等具有較好的活性過度金屬氧化物對氧化反應的活性模型-

4、0-氨的氧化反應–x-丙烯的氧化反應（一）、活性模型含有能獲得d0或者d10電子結構的金屬，他們的氧化物是選擇性很好的氧化催化劑過渡金屬氧化物可催化氧化和脫氫反應（一）、活性模型（續）3、固體酸-鹼性與催化性質裂化、異構化、烷基化、聚合、岐化、水合和脫水等反應為酸催化的反應（正碳離子反應）某些聚合反應、異構化反應、烷基化反應、縮合、加成和脫鹵化反應可以被堿催化，如甲醛的高聚合反應，鹼金屬和鹼土金屬的氧化物就有活性芳烴環上的烷基化發生在酸催化劑上，而側鏈烷基化主要發生在堿催化劑上催化劑的酸性有利於積炭，鹼性有利於抑制積炭酸部位的類型和催化活性有關裂化、聚合和異構化通常需要中強酸和強酸；醇脫水、酯

5、化和烷基化需要中強酸和弱酸（二）、吸附作用預示催化活性1931年Taylor提出：一個固體只有當其對反應物分子具有化學吸附能力時才能催化某個反應，即化學吸附是發生催化作用的必要條件。吸附強度適宜才能發生反應，這是發生催化作用的充分條件。吸附的強弱可以用吸附熱表示吸附熱大的吸附強金屬對某些氣體的化學吸附備註：＋表示吸附，—表示不吸附（二）、吸附作用預示催化活性金屬生成最高價態氧化物生成熱和吸附熱成正比關係金屬的電負性與生成熱、吸附熱成一致關係電負性大，吸引電子能力強，生成熱大，吸附熱大Tamaru經驗公式Q0=4a[（-Hf）+37]+80kJ/molQ0-金屬表面的初始化學吸附熱a-被吸附氣體

6、的電負性Hf-金屬原子生成最高價態氧化物的生成熱（三）、幾何因素預示催化活性擇型催化（沸石分子篩催化劑）晶格間距的影響最省力原則Ni上的乙烯加氫，Ni的110面活性高結構敏感反應/結構非敏感反應乙烯的θ=109°28‘，容易吸附c=0.154nm,c-Ni=b=0.182nma=0.248nm,θ=105°a=0.351nm,θ=123°該反應為表面吸附控制（四）、組分間相互作用與催化活性金屬-載體之間的相互作用影響因素金屬濃度。濃度低，相互作用強金屬分散度。分散度高，相互作用強金屬粒子。粒子小，相互作用強載體種類和性質金屬間的相互作用（五）晶體場、配位元場理論七、助催化劑的設計提高催化劑的活

7、性及其原因結構性助催化劑要有較高的熔點，工作條件穩定無催化活性和主組分不發生化學變化調變性助催化劑堿金屬、鹼土金屬起電子給予作用與主組分起化學反應形成新化合物提高催化劑的選擇性Pd用於乙烯氧化制乙醛中加入惰性的Au，雙中心變成單中心，減少裂解為深度氧化延長催化劑的壽命典型助催化劑實例八、載體的設計1、化學因素載體對希望的反應是否要有活性？載體與催化劑活性組分是否有相互作用？希望還是不希望？載體是否