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工业催化原理

第四章 金属催化剂及其催化作用

1、金属催化剂的应用及其特性

1）金属催化剂的应用

金属催化剂：指催化剂的活性组分是纯金属或者合金

纯金属催化剂：指活性组分只由一种金属原子组成，这种催化剂可单独使用，也可负载在载体上

合金催化剂：指活性组分由两种或两种以上金属原子组成

2）金属催化剂的特性

常用的金属催化剂的元素是d区元素，即过渡元素（ⅠB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ族元素）

金属催化剂可提供的各种各样的高密度吸附反应中心

2、金属催化剂的化学吸附

1）金属的电子组态与气体吸附能力间的关系

（1）金属催化剂化学吸附能力取决于金属和气体分子的化学性质，结构及吸附条件

（2）具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附

（3）价键理论：不同过渡金属元素的未结合d电子数不同，他们产生化学吸附的能力不同，其催化性能也不同

（4）配位场理论：金属表面原子核体相原子不同，裸露的表面原子与周围配位的原子数比体相中少，表面原子

处于配位价键不饱和状态，他可以利用配位不饱和的杂化轨道与被吸附分子产生化学吸附。

（5）吸附条件对进水催化剂的吸附的影响：

低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附

高压有利于物理吸附，也有利于化学吸附

2）金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系

（1）金属催化剂的电子逸出功

第一章 催化剂与催化作用基本知识

1、简述催化剂地三个基本特征.

答：①催化剂存在与否不影响△Gθ地数值,只能加速一个热力学上允许地化学反

应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程,降低反应活化能得以实现地；③催化剂对加速反应具有选择性. 2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物,反应由下列各步组成

（1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2-→CH2=CH-CH=CH2+2Mo5++H20 （2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+ （3）2Bi2++1/202→2Bi3++02-

总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20 试画出催化循环图.

CH3-CH2-CH=CH2 H20 CH2=CH-CH=CH2 Mo6+ Mo5+ Bi3+ Bi2+ 02 H20

3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O

工 业 催 化 论 文

超强酸催化剂的制备方法与应用

酸催化反应涉及到烃类裂解、重整、异构化等石油炼制过程，还涉及到烷

基化、酰基化、酯化、烯烃聚合等石油加工和精细化学品生产过程，可以说酸催化剂是化学工业的基础。至今，在工业生产中应用的酸催化剂主要还是液体酸， 虽然工艺比较成熟，但造成了越来越严重的环境问题，也存在许多无法克服的缺点。尤其是在环保要求的日益严格，强调可持续发展的的今天，研究和发展环境友好的酸催化剂已刻不容缓。而固体超强酸正是由于具有强的酸性、催化活性， 是环境友好型，给我们解决上述问题带来了曙光。如今，对固体超强酸催化剂的研究不断深入，其种类从液体含卤元素超强酸发展到无卤元素固体超强酸，从单组分固体超强酸发展为多组分复合固体超强酸。催化剂的理论研究和应用研究都有了新发展。本文重点对固体超强酸酸中心形成机理、失活与再生、改性及应用进行了综述，并对固体超强酸催化的研究提出了展望。

1、固体超强酸理论

100%硫酸的酸强度用 Hammett 函数表示时，其酸强度为 H 0 = －11．9， 我们把酸强度 H 0 ＜－11．9的固体酸称为固体超强酸。固体超强酸理论研究内容主要是固体超强酸的酸度，酸中心的形成及失活

工业催化技术论文

固体酸催化剂的制备及应用研究

***—应用化工1224

摘要：

根据课本所学，结合资料，简单介绍固体酸催化剂的催化作用、制备及应用。 催化剂加快化学反应速度，降低活化能，提高产率，在工业生产中占有重要地位。酸性催化剂在石油化工及其他工业领域中更是起着关键性的作用。而早期使用的液态酸催化剂有诸多缺陷，如：易引起副反应，产生有毒产物，污染环境，易腐蚀设备，分离困难，能耗高，且催化剂不易回收。随着绿色化学的发展，和人们环保意识的增强，也为了克服液态酸催化剂的弊端，自20世纪40年代以来，人们就在不断地寻找可以代替液体酸的固体酸催化剂。

关键词：固体酸，固体酸催化剂的催化作用，制备，应用，展望

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工业催化技术论文

目录

引言................................................................ 3 一、固体酸定义分类.................................................. 3

1、固体酸 ....................................................... 3 2、固体酸的分类 ...

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

习题

1.什么是催化剂？ ...........................6 2.催化作用的四个基本特征是什么？ ...6 3.什么是助催化剂？分为哪几种？ .......6 4.请说明理想的催化剂载体应具备的条件。 ..........................................................6 6物理吸附与化学吸附的特点？ ...........6 7.如何推导简单的Langmiur吸附等温式？以及重要的假设是什么? ................6 8.CO分子的化学吸附都有哪几种可能的吸附态？为什么会存在多种吸附态？...6 9. ZnO和NiO在受热分别会变成什么类型的半导体？为什么？ ..........................6 10. 布朗斯特(Brönsted)酸、碱和路易斯(Lewis)酸、碱的定义是什么？ ...............6 11. 什么是B酸强度和L酸强度？........6 12. 为什么TiO2占主要组分的TiO2-SiO2和SiO2占主要组分的SiO2-TiO2都是酸性催化剂？ ..............................

第一章 催化剂与催化作用基本知识

1．催化剂的定义及催化剂的催化作用包含哪三个方面？ 2．催化反应的分类？ 3．催化剂分类并举例。 4．固体催化剂的组成。 5．载体的作用。

6．催化剂的反应性能及表示方法。

7．催化剂要具备哪些性能才能满足工业生产的要求？ 8．多相催化反应主要包括哪七步？ 9．简单阐述外扩散和内扩散的定义。

10. 催化剂的稳定性的定义及包含哪几个方面。

第二章 催化剂的表面吸附与孔扩散

1．简述吸附现象；吸附及脱附过程的定义。

2．物理吸附及化学吸附的内涵及它们之间的特性区别。 3．化学吸附的类型。 4．解释缔合吸附并举例说明。

5．催化剂的吸附等温线可分为哪几种类型？从曲线的形状可对催化剂的性质获得哪些了解？

6．将经过活化的硅胶（粒度为40目~120目）分别采用氦和汞的置换体积来测定真密度和假密度。实验数据如下：硅胶质量为101.5 g ，氦置换体积为45.1mL，汞置换体积为82.7mL。已知硅胶比表面积为400m2·g-1，试计算：（1）硅胶的真密度和假密度；（2）硅胶的比孔容；（3）硅胶的孔隙率；（4）硅胶的平均孔径。

第三章 酸碱催化剂及其催化作用

1．试述B酸与L酸的本质区别及SHAB原则。

《催化原理》习题（一）

第一章

一、填空题

a) 本世纪初， 合成 NH3 ， HNO3 ， H2SO4催化剂的研制成功为近代无机化学工业的发展奠定了基础。 催化裂化 ， 催化加氢裂化 ， 催化重整催化剂的研制成功促进了石油化工的发展。

b) 随着科学的进步， 所研制的催化剂活性的提高和寿命的延长， 为化工

工艺上降低 反应温度、压力 ， 缩短流程 ， 简化 反应装置 提供了有力的条件。

四. 回答题

1. 简单叙述催化理论的发展过程。

答：从一开始，催化剂的应用就走在其理论的前面。

1925年，Taylor的活性中心学说为现代催化理论的奠定了基础。 在以后的20多年中，以均相反应为基础，形成了中间化合物理论。 50年代，以固体能带模型为弎，又形成了催化电子 理论。

60年以后，以均相配位催化为研究对象，又形成表面分子模型理论。 由此，催化理论逐渐发展起来。

2. 哪几种反应可以在没有催化剂的情况下进行，在此基础上分析催化作用的本质是什么。 答：（1）下列反应可在没有催化剂时迅速进行：

a) 纯粹离子间的反应 b) 与自由基有关的反应

c) 极性大或配们性强的物质间的反应 d) 提供充分能量的高温反应

（2）在含有稳定化合

第一章

1.催化反应的三个特征 2.催化反应三种分类 催化剂两种分类

3.固体催化剂四种组成

助催化剂四种结构和载体的五种作用 催化剂的微观结构

4.催化反应性能的三个标准 5.多相催化反应的七个步骤 第二章

物理吸附和化学吸附的区别 物理吸附和化学吸附位能曲线 解离吸附和谛合吸附的概念

化学吸附态（H2,O2,CO,烯烃，炔烃） 吸附等温线（五种）

Langmuir吸附等温方程推导（单分子，多分子） BET方程推导催化剂比表面 测定比表面的方法（N2吸附）

催化剂密度（真密度，假密度，比孔容，孔隙率， 平均孔半径，孔径分布） 扩散（Kundsen扩散） 第三章

3.1酸碱催化剂的应用和分类（了解） 3.2酸碱定义及酸碱中心的形成 L酸和B酸定义；

单元氧化物L酸吸水转化为B酸

Tababe二元氧化物酸中心形成机理（Ti6Si4) 3.3固体酸性质及其测定

H0的定义（H0=pKa+log(CB/CBH+） TPD法和IR法测定酸中心 固体超强酸（H0<-10.6)

3.4 酸碱催化作用及其催化机理 特殊酸碱催化（反应的速控步） Bronsted规则ka=GaKaα 碳正离子的形成和反应规律 酸中心类型与活性选择性的关系 3.5

1.什么是催化作用？

催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。

2.催化作用的四个基本特征

(1)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。 (2)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）。 (3)催化剂对反应具有选择性。 (4)催化剂的寿命。

3.催化剂有三种重要的催化指标：活性、选择性和稳定性。 4.催化剂的组成

活性组分、载体、助催化剂。 5.什么是负载型催化剂

将活性组分、助催化剂组分负载于载体上所制得的催化剂，称为负载型催化剂。 6.载体的种类

载体的种类很多，可以是天然的，也可以是人工合成的。可将载体划分为低比表面积和高比表面积两大类。

7.助催化剂按作用机理的不同一般区分为结构型和电子型两类。 8.载体的功能

载体的功能主要有：

（1）提供有效的表面和适宜的孔结构

（2）增强催化剂的机械强度，使催化剂具有一定的形状 （3）改进催化剂的传导性 （4）减少活性组分的含量 （5）提供附加的活性中心

（6）活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用

9.一种良好的工业实用催化剂，应该具有三方面的基本要求：即 活性、选择性和稳定性