chapter14-催化過程中應用的幾種耦合技術(課余了解)

1、第14章 催化過程中應用的幾種耦合技術主要內容主要內容目的要求目的要求 重點難點重點難點 催化與膜技術的耦合催化與膜技術的耦合 催化與超臨界流體應用的耦合催化與超臨界流體應用的耦合 催化過程中的能量耦合催化過程中的能量耦合第14章 催化過程中應用的幾種耦合技術1.1 引言引言膜技術在催化領域中的應用，涉及到膜催化劑、膜反應器和膜分離技術的適當組合。 膜反應器是用膜材料制成反應器； 膜催化劑是應用膜式催化劑。膜材料從孔結構可分為致密膜、多孔膜、微孔膜和超微孔膜等，從材質上可分為無機膜（如金屬膜、固體電解質、陶瓷膜和玻璃膜）和有機膜等。膜催化可以打破催化反應過程無法突破的化學平衡問題。1.2 幾種

2、重要的無機膜幾種重要的無機膜1、金屬合金膜Pd合金膜：透氫膜；Ag合金膜：透氧膜2、固體電解質膜選擇傳送H2和O2的ZrO2、ThO2、CeO2膜等；選擇傳送F、C、N、S的新型固體電解質膜；可使Na+選擇性透過的-Al2O3膜。3、多孔膜分子透過多孔膜材料的機理與空隙尺寸、溫度、壓力、膜及透過分子的性質有關：1）黏滯擴散/泊蘇里擴散：膜材料平均孔徑大于分子平均自由程，分子不能分離；2）努森擴散：不同分子可以相對獨立地通過空隙；3）表面擴散：一種分子可物理吸附或化學吸附在孔壁上，則不發(fā)生吸附的分子可選擇性通過孔隙；4）多層擴散：一種分子同空隙表面有強烈的相互作用而形成多層吸附，另一種分子可以擴

3、散過去；5）孔隙毛細管凝聚：一種分子在毛細管凝聚，另一種分子不能擴散，一般發(fā)生在空隙非常細和溫度相對低的情況；6）分子篩：孔隙十分細，只允許直徑小的分子通過。1.3 膜同催化劑的組合類型膜同催化劑的組合類型1）作為分立的組成部分，把膜與催化劑分開；2）把催化劑裝在管狀膜反應器中，把具有催化性能的材料制成膜；3）將具有催化性能的組分負載在膜載體上。1.4 膜催化反應舉例膜催化反應舉例1、催化脫氫反應1）膜催化芳烴脫氫：Pd-Rh金屬膜催化環(huán)己二醇脫氫制苯二酚，收率95%，且無苯酚生成；2）Pd膜反應器用于環(huán)己烷脫氫制苯，轉化率100%。相同條件下平衡轉化率為18.7%。2、膜催化氧化反應1）Ag

4、膜用于甲烷氧化偶聯(lián)生成C2；2）利用透氧膜的透過氧離子的性能實現(xiàn)烴的選擇氧化， 如Ba-Sr-Fe-Co-O復合氧化物膜材料用于甲烷氧化偶聯(lián)。3、硝基苯經氫氣還原的反應可以提高產物苯胺的收率進100倍。1.5 膜反應器膜反應器1、涉及氫的膜反應器2、用于氧化反應的膜反應器2.1 臨界溫度與臨界壓力臨界溫度與臨界壓力無論用多大壓力也不能夠讓氣體液化的臨界溫度值叫該氣體的臨界溫度；在臨界溫度下將氣體液化所需的最低壓力叫該物質的臨界壓力。超臨界流體是指物質的溫度和壓力均超過其相應的臨界溫度和臨界壓力時而存在的單相。超臨界流體兼有在常規(guī)條件存在的氣體和液體的性質。2.2 超臨界流體的一些特點超臨界流體

5、的一些特點1、超臨界流體的性質不同于普通液體和氣體，而且可借助改變溫度和壓力來調節(jié)；2、物質在接近臨近點時，其密度和黏度有很大變化；3、超臨界流體的溶劑化能力比常規(guī)流體小得多。2.3 超臨界流體的應用領域超臨界流體的應用領域萃取、分離、色譜分析等；由于超臨界流體可同氣體反應物共同形成單相的混合物，有時可以使反應避免因傳質決定的速控步驟，從而提高反應速率。2.4 超臨界技術在催化劑制備方面的應用超臨界技術在催化劑制備方面的應用1、溶膠-凝膠方法與超臨界干燥技術相結合，為制備混合氧化物或者金屬/金屬氧化物催化劑提供很好的可行技術；2、利用超臨界流體性質在溫度和壓力變化不大的條件下可以調節(jié)的特點來控

6、制催化材料的顆粒大小和形貌；3、超臨界流體在顆粒成型技術中的應用：1）超臨界流體迅速膨脹技術2）超臨界反溶劑技術2.5 超臨界流體在多相催化中的應用超臨界流體在多相催化中的應用1、烷基化反應應用超臨界流體技術進行烷基化反應的結果顯示出較液相或氣相反應更高的催化活性及更長的壽命。2、加氫反應在超臨界流體存在的條件下，氫氣與超臨界流體可以完全互溶。3、氧化反應超臨界水相對于以空氣或純氧為氧化劑的催化氧化反應也十分有效，尤其在消除廢水中污染物時超臨界水相有著廣泛的應用。在多相催化反應中使用超臨界流動相所起的作用可概括為：1）改善流動相的行為，消除氣/液和液/液間傳質阻力；2）提高由外擴散控制的反應中反應物分子的擴散速率；3）改善傳熱性能；4）使反應產物較易分離；5）可借調壓來調節(jié)溶劑性質；6）顯示壓力對反應速率的影響；7）通過溶劑-溶質（反應物）的相互作用來控制反應的選擇性。2.6 超臨界流體在均相催化反應中的應用超