工业催化总结

工业催化总结

第二章 催化作用与催化剂 1.提高反应速度的手段：

加热的方法 光化学方法 电化学方法 催化方法 2.什么是催化剂，催化作用：

催化剂是一类能够改变化学反应的速度，不改变热力学平衡，并不被明显消耗的物质。催化作用：是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被明显消耗的一种叫催化剂的外加物质来加速或减慢化学反应速度的现象。

3. 催化作用的四个基本特征是什么？

⑴催化剂只能加速热力学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应（在开发一种新的化学反应的催化剂时，首先要对该反应体系进行热力学分析，看在给定的条件下是否属于热力学上可行的反应）。

⑵催化剂只能加速反应趋于平衡，而不能改变平衡的位置(平衡常数)，且催化剂可同时加速正逆反应（化学平衡是由热力学决定的 ?G0＝—RT1nKP ，其中KP为反应的平衡常数，?G0是产物与反应物的标准自由焓之差，是状态函数，只决定于过程的始终态，而与过程无关，催化剂的存在不影响?G0值，它只能加速达到平衡所需的时间，而不能移动平衡点）。； ⑶催化剂对反应具有选择性，当反应有一个以上生成多种产物的方向时，催化剂仅加速其中的一种。

⑷催化剂由正常运转到更换所延续时间（寿命）。 4.催化剂几个重要的性能指标 选择性 稳定性 活性 5.活性的几种表示方法

? 转化率

? 时空产率（指在一定条件（温度、压力、进料组成、空速）下，单位时间内，使用

单位体积V或单位质量的催化剂所能得到目的产物的量（摩尔数NB、或质量）来表示，如下式：Y= NB／（V · t））

? 转换频率 单位时间内每个活性中心转化的分子数。 ? 反应速率 ? 比活性

6.工业催化剂的要求及组成

1. 活性2. 选择性3.稳定性与使用寿命4.外形5.抗压碎强度6.导热性与比热7.再生性能8.可重复性 组成：主催化剂-活性组分 助催化剂 载体（①分散作用，增大表面积，分散活性组分；②稳定化作用，防止活性组分熔化或者再结晶；③支撑作用，使催化剂具备一定机械强度，不易破损；④传热和稀释作用，能及时移走热量，提高热稳定性；⑤助催化作用，某些载体能对活性组分发生诱导作用，协助活性组分发生催化作用）。 7.催化剂分类

? 金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd…等过渡金属或贵金属.)

? 金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂(多为半导体) TiO2、 La2O3、CeO2、MoO3、 MoS

等

? 酸碱催化剂（ SiO2-A12O3、WO3/ZrO2、各类分子筛等 ） ? 金属配合物催化剂（MLn)

? 双功能催化剂（Pt/SiO2-A12O3； Pt（Pd)/分子筛；MgO-SiO2 ）

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第三章 吸附作用与多相催化 1.基本定义

吸附：在一定条件下，一种物质的分子，原子或离子，能自动的附着在某固体表面的现象，或者说，在任意两相界面层中，某物质的浓度能自发的发生变化的现象。 吸附剂：具有吸附能力的物质。 吸附质：被吸附的物质。

吸附过程：当固体表面上气体的浓度，由于吸附作用而由小变大时，这一过程为吸附过程，反之为脱附过程。 吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，固体表面气体浓度恒定的状态。

等温（等压）吸附：在恒温（恒压）下进行的吸附，吸附量与平衡压力（温度）关系的曲线称为吸附等压（等温）线。

吸附中心：通常吸附发生在吸附剂表面的某些部位，称为吸附中心。 吸附态：吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为吸附态。 表面吸附络合物：吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。 2.吸附产生的原因

固体表面受到指向内部的拉力，从而使吉布斯自由能升高，固体又不能像液体通过收缩降低自由能，固体可利用表面的剩余力从周围介质中捕获物质粒子，使得这种不平衡力得到补偿，从而降低自由能。 化学吸附产生的原因

吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。

产生真实吸附的原因 1、表面不均匀

表面各处的组成、结构和周围的环境不同，并存在棱、边、角及各类缺陷等，引起各吸附中心的能量不同，对吸附分子的作用力不同。 2、吸附分子的相互作用

吸附在表面上的物种对未吸附分子有排斥作用

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3.化学吸附与物理吸附比较

4.多相催化反应步骤

⑴反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散。⑵反应物分子在催化剂内表面上吸附。⑶吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应。⑷反应产物自催化剂内表面脱附。⑸反应产物在孔内扩散到反应气流中去 ⑴⑸扩散为物理过程；⑵⑶⑷为化学过程

5. 为何说Langmuir吸附为理想吸附？其基本假设是什么？ BET吸附

L模型假设：①吸附表面均匀，各吸附中心能量相同；②吸附分子间无相互作用；③单分子层吸附，吸附分子与吸附中心碰撞进行吸附，一个分子只占据一个吸附中心；④在一定条件下，吸附与脱附可建立动态平衡。 B模型：多层吸附，吸附平衡 P47

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6.催化与吸附的关系

催化循环包括扩散、化学吸附、表面反应、脱附和反向扩散。化学吸附是多相催化过程中一个重要的环节。分子在催化剂表面上的吸附，决定着反应物分子被活化的程度以及催化过程的性质，例如活性和选择性。因此研究反应物分子或探针分子在催化剂表面上的吸附，对于阐明反应物分子与催化剂表面相互作用的性质、催化作用的原理以及催化反应的机理具有十分重要的意义。

7.金属对气体分子的化学吸附强度的顺序为： O2>C2H2>C2H4>CO>H2>CO2>N2

吸附能力强的金属是过渡金属，它们的价层有一个以上的未配对的d电子或/和d空轨道; 吸附能力较弱的金属是非过渡金属，属于价层为S电子或p电子的金属。

第四章 各类催化剂及其催化作用 1.酸碱催化剂

? 固体酸：一般认为是能够化学吸附碱的固体，也可以理解为能够使碱性指示剂在其

上面改变颜色的固体。

? 固体酸又分为布朗斯特(Br?nsted)酸和路易斯(Lewis)酸。前者简称为B酸，后者简

称为L酸。B酸B碱的定义为：能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，所以B酸B碱又叫质子酸碱。L酸L碱的定义为：能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以L酸L碱又叫非质子酸碱。 ? 固体碱：能够接收质子或给出电子对的固体。

固体表面酸碱性质包括: ? 1. 酸、碱中心的类型 ? 2. 酸、碱强度 ? 3. 酸、碱量。

? 酸位的类型及其鉴定

用NH3和吡啶在固体酸表面上吸附的红外光谱来区分B酸中心和L酸中心。

+H+NNH++LNN 在红外光谱～1550cm-1处有一特征峰，B型酸。

L 这时在～1450cm-1处有一特征峰也可以利用紫外-可见光谱来测酸型。

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? 固体酸碱的强度和酸碱量

函数H0表示为：

式中[B]a和[BH+]a分别为未解离的碱（碱指示剂）

+

和共轭酸的浓度。pKa是共轭酸BH解离平衡常数的负对数，类似pH。 H0越小酸度越强。

酸量：固体表面上的酸的浓度，通常表示为单位重量或单位表面积上酸的毫摩尔数。 固体碱的强度：定义为表面吸附的酸转变为共轭碱的能力，也定义为表面给出电子对于吸附酸的能力。碱量的表示，用单位重量或者单位表面积碱的毫摩尔数。

? 固体酸碱的强度和酸碱量测试方法：

(1)正丁胺指示剂滴定法——测试总酸度和酸强度 (2)气态碱吸附脱附法－－程序升温脱附法（TPD）

? 酸碱性产生的原因：局部电荷不平衡。 ? 酸强度与活性和选择性的关系

固体酸催化剂表面，不同酸强度的部位有一定分布。不同酸强度的部位可能有不同的催化活性。

一般涉及C-C键断裂的反应如催化裂化、骨架异构化、烷基转移和歧化等反应，要求强酸中心；

涉及C-H键断裂的反应如氢转移、水合、环化、烷基化等反应，要求弱酸中心； 通常，顺反异构<双键异构<聚合<烷基化<裂化<歧化

同一反应，不同的酸强度对其活性的影响不一样，酸强度大的反应活性也高。

固体酸强度H0 < -11.9者谓之固体超强酸或超酸

固体超强碱是指它的碱强度用碱强度函数H－表示高于+26者

2.非纳米分子筛催化剂及其催化作

硅铝型分子筛的晶胞化学组成式的表达形式是什么？Mx/n[(AlO2)x?(SiO2)y] ?ZH2O

常用的分子筛主要有：方钠型沸石，如A型分子筛；八面型沸石，如X型，Y型分子筛；丝光型沸石（M型）；高硅型沸石，如ZSM-5等。 分子筛的结构构型

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(SiO4)和铝氧四面体(AlO4)。

② 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，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用。

③ 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。各种各样的多面体构成中空的笼，笼进一步相互联接形成分子筛。

A型、Y型和ZSM-5型沸石的骨架结构中最大窗孔分别是由几元环组成的，其孔径大小分别为多少？为什么它们的孔径大小与相应多元环的临界直径有差异

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