工業(yè)催化復(fù)習(xí)

1、12級(jí)化學(xué)工程與工藝專業(yè)工業(yè)催化課程復(fù)習(xí)重要知識(shí)點(diǎn)：1助催化劑是催化劑的輔助成分，按作用機(jī)理可分為結(jié)構(gòu)型、電子型兩類。2.工業(yè)催化劑的活性變化一般可分為三個(gè)階段，即成熟期、穩(wěn)定期、衰老 _3外擴(kuò)散速率的大小及其施加的影響，與液體的流速、催化劑顆粒粒徑以及傳遞 質(zhì)的密度、黏度有關(guān)。4研究金屬化學(xué)鍵的理論方法有三種，能帶理論、價(jià)鍵理論、配位場(chǎng)理論。5金屬氧化物主要催化烴類的選擇性氧化。其特點(diǎn)是：反應(yīng)系放熱的，有效的傳熱、 傳質(zhì)十分重要，要考慮催化劑的飛溫；有反應(yīng)爆炸區(qū)存在，故在條件上有所謂燃料 過(guò)剩型、空氣過(guò)剩型兩種。6. 金屬硫化物與金屬氧化物有許多相似之處，它們大多數(shù)都是半導(dǎo)體類型的，具有氧化

2、還原功能和酸堿功能。作為催化劑可以是單組分形式或復(fù)合硫化物形式。這 類催化劑主要用于加氫精制過(guò)程。7. 負(fù)載型可溶性絡(luò)合物催化劑，系利用可溶性高分子為載體，可催化1-戊烯加氫 反應(yīng)。在應(yīng)用時(shí)可利用其與生成物分子量之差，采用沉淀法、蒸氣壓法、薄膜過(guò) 濾法等進(jìn)行分離。8. 絡(luò)合催化劑固載化技術(shù)的三種主要方式為： 包藏在載體內(nèi)部、分散在載體（基 質(zhì)）的表面、錨定在載體（基質(zhì)）的表面。9. 生物催化劑是指生物反應(yīng)過(guò)程中起催化作用的游離或固定化細(xì)胞和游離或固定 化酶的總稱。10. 離子交換法制得的催化劑分散度好、活性高，尤其話用于制備低含量、高利用 率的貴金屬催化劑。11. 結(jié)構(gòu)型助催化劑的作用主要是提

3、高活性組分的分散性和熱穩(wěn)定性。12. 評(píng)價(jià)催化劑不能單用時(shí)空產(chǎn)率作為活性指標(biāo)，要同時(shí)測(cè)定催化劑的總表面積、 活性表面積、孔徑與孔徑分布等。13. 外擴(kuò)散速率的大小及其施加的影響，實(shí)際上僅根據(jù)氣流線速和粒徑就可以作出 判斷。14. 幾乎所有的金屬催化劑都是過(guò)渡金屬，這與金屬的結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)鍵有關(guān)。15. 金屬?gòu)?fù)合膜催化劑的制備方法主要有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、電鍍和化 學(xué)鍍等。16. 常用的硫化劑為硫化氫和二硫化碳。17. 雙核絡(luò)合物是指兩個(gè)金屬原子直接由金屬-金屬鍵連接或通過(guò)橋原子相連接的表面化合物。18. 汽車尾氣凈化采用的三效催化劑的構(gòu)成主要由載體涂層和活性組分所組成。19. 不同物質(zhì)

4、抑制酶活性的機(jī)理可以分為失活作用、抑制作用、去激活作用。20. 對(duì)選擇性氧化等連串型催化反應(yīng)，降低內(nèi)擴(kuò)散的阻力是至關(guān)重要的,中間物 的傳遞與擴(kuò)散是導(dǎo)致選擇性變化的重要因素。21. 目前在對(duì)固體超強(qiáng)堿催化劑的研究中，氧化物超強(qiáng)堿多側(cè)重于增大表面積的 方面，而分子篩超強(qiáng)堿多側(cè)重于提高其堿度方面。22. 分子篩催化劑的擇形催化共有下列反應(yīng)物的擇形催化、產(chǎn)物的擇形催化、過(guò) _ 渡狀態(tài)限制的擇形催化、分子交通控制的擇形催化等不同形式。23. MAO （甲基鋁氧烷）是活化茂金屬催化劑最有效的助催化劑，其結(jié)構(gòu)為一 種聚合度為L(zhǎng)的低聚物，n 般為530 ，隨合成條件變化。24. 工業(yè)上固體催化劑活性的表達(dá)方式

5、有給定溫度下完成原料的轉(zhuǎn)化率、完成給定的轉(zhuǎn)化率所需的溫度、完成給定的轉(zhuǎn)化率所需空速、給定 時(shí)空收率。25. 工業(yè)催化劑選擇的考慮順序?yàn)檫x擇性 壽命 活性 價(jià)格。26. 晶胞的代表性體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是代表晶體的化學(xué)組成；二是代表晶體的對(duì)稱性。27. 多相催化包括五個(gè)連續(xù)的步驟。反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散;反應(yīng)物分子在催化劑表面上吸附；(3)被吸附的反應(yīng)物分子在催化劑表面 上相互作用或與氣相分子作用進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；(4)反應(yīng)產(chǎn)物自催化劑表面脫附；(5) 反應(yīng)產(chǎn)物離開(kāi)催化劑表面向催化劑周圍的介質(zhì)擴(kuò)散。有屬于傳質(zhì)過(guò)程，也有的屬 于化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程。28. 金屬的d %愈大，成鍵軌道中占

6、用原來(lái)的d軌道多,就有可能使d空穴減少。29. 天然氣水蒸氣重整是獲得大量廉價(jià)氫的主要途徑。重整氣要求氫含量高，對(duì)CO的限制非常嚴(yán)格。因?yàn)槿剂想姵仉姌O多是鉑，很容易受CO毒化，失去催化活性，一般要求H2含量達(dá)90%以上，CO含量不超過(guò)2%。30. 沉淀法制催化劑有哪些后處理工序31. 反應(yīng)物分子的電離勢(shì)(I)和催化劑材料電子的逸出功()的相對(duì)大小，緊密關(guān) 聯(lián)著反應(yīng)物分子在催化劑表面的吸附態(tài)與化學(xué)鍵合情況。32. 膜與催化劑一般有4種組合形式：A)膜與催化劑兩者分開(kāi)在不同的工段；B)催化劑裝在膜反應(yīng)器中:C)膜材料本身具有催化作用;D)膜是催化劑載體。33. 金屬的特性會(huì)因?yàn)閾饺肫渌饘傩纬珊辖?/p>

7、而改變，它們對(duì)化學(xué)吸附的強(qiáng)度、催化活性和選擇性等效應(yīng)，都會(huì)改變。34. 復(fù)合氧化物催化劑給出氧的能力，是衡量它是否能進(jìn)行選擇性氧化的關(guān)鍵35. 金屬硫化物催化劑與氧化物催化劑類似，也有單組分和復(fù)合體系。主要用于 重油的加氫精制，加氫脫硫（HDS ）、加氫脫氮（HDN ）、加氫脫金屬（HDM ） 等過(guò)程。36. 納米催化劑的制備方法答：制備納米催化劑的常用方法有（1）溶膠-凝膠法；（2）沉淀法；（3）浸 漬法；（4）微波合成法；（5）微乳液法；（6）離子交換法；（7）水解法；（8） 等離子體法；（9 ）惰性氣體蒸發(fā)法37. 催化劑活性組分與載體之間的溢流現(xiàn)象及其意義 34答：溢流現(xiàn)象：是指固體催

8、化劑表面的活性中心經(jīng)吸附產(chǎn)生出一種離子的或自由基 的活性物中，它們遷移到其他活性中心上的現(xiàn)象。意義：溢流現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究，增強(qiáng)了對(duì)負(fù)載型多相催化劑和催化反應(yīng)過(guò)程的了解。38. d帶空穴與催化劑活性80答：一種金屬的d帶空穴越多，表明其d能帶中未被d電子占用的軌道或空軌 越多，磁化率越大；但也不是 d帶空穴越多其催化活性就越大，因?yàn)檫^(guò)多可能 造成吸附太強(qiáng)，不利于催化反應(yīng)。39. 均相絡(luò)合催化劑的固載方式111答：（1）絡(luò)合物包藏在載體內(nèi)；（2 ）絡(luò)合物固載在載體表面40. 生物催化反應(yīng)的主要特征155答：（1）催化效率極高：傳統(tǒng)化工催化劑用量 0.1-1%，酶用量10-4-10-3%（2） 選擇

9、性極高（相對(duì)/絕對(duì)專一性）：一種酶只能催化一種底物，（絕對(duì)專一性）；一種酶能催化一類結(jié)構(gòu)相似的底物，（相對(duì)專一性）（3）催化條件極溫和，常溫、常壓、 PH=5-8 （通常在7）41. 催化劑失活的原因及使活性再生的方法 231答：失活原因：（1）中毒；（2）積炭；（3）燒結(jié)、揮發(fā)與剝落 再生方法：（1）蒸汽處理；（2）空氣處理；（3）通入氫氣或不含毒物的還原性 氣體；（4）用酸或堿溶液處理42. 酸性質(zhì)與催化作用關(guān)系 57 答：（1）大多數(shù)酸催化反應(yīng)是在 B 酸位上進(jìn)行的；（2）有些反應(yīng)需 L 酸位 （3）有 些反應(yīng)需要強(qiáng)B酸作用下才能發(fā)生；（4）有些反應(yīng)要求L酸位和B酸位在催化 劑表面鄰近處

10、共存時(shí)才進(jìn)行。43. 非晶態(tài)合金催化劑制備方法 86答 ：（ 1）液體驟冷法；（ 2 ）化學(xué)還原法；（ 3）電化學(xué)制備法； （ 4）浸漬法44. 納米催化劑的特點(diǎn)答：（ 1 ）納米催化劑具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)及表面特性； （ 2）納米催化劑具有比表面 積大、表面活性高等特點(diǎn)，顯示出許多傳統(tǒng)催化劑無(wú)法比擬的優(yōu)異特性；（ 3 ）納米催化劑還表現(xiàn)出優(yōu)良的電催化、磁催化等性能。45. 催化劑作用的定義 28答： 催化劑是一種物質(zhì)，它能夠加速反應(yīng)的速率而不改變?cè)摲磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs 自由焓變化，這種作用稱為催化作用46. 載體的功能答：、（ 1）提供有效的表面和合適的孔結(jié)構(gòu)； （2） 增強(qiáng)催化劑的機(jī)械強(qiáng)度；

11、 （3）改善 催化劑的熱穩(wěn)定性； （ 4）減少活性組分的含量； （ 5）提供附加的活性中心； （ 6） 與活性組分之間的溢流現(xiàn)象和強(qiáng)相互作用。47. 工業(yè)催化劑的要求答：（ 1）活性高；（ 2）選擇性好（ 3）在使用條件下穩(wěn)定； （ 4）具有良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和抗毒性能（5 ）價(jià)格低廉48. 絡(luò)合催化102答：是指催化劑在反應(yīng)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)物起絡(luò)合作用，并且使之在配位空間進(jìn)行催化 的過(guò)程。催化劑可以是溶解狀態(tài)，也可以是固態(tài)；可以是普通化合物，也可以是絡(luò) 合物，包括均相絡(luò)合催化和非均相絡(luò)合催化。49. 為什么要進(jìn)行催化劑的宏觀物性測(cè)定？如何測(cè)定？253答：催化劑的宏觀物性是指由組成各粒子工

12、粒子聚集體的大小、形狀與孔隙結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的表面積、孔體積、孔形狀及孔大小分布的特點(diǎn)，以及與此有關(guān)的傳遞特性及 機(jī)械強(qiáng)度等。這些性質(zhì)不僅對(duì)降低催化劑裝運(yùn)過(guò)程中的損耗，滿足各類反應(yīng)器操作中流體力學(xué)因素的要求十分重要，而且直接影響催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。測(cè)定方法：（1 ）表面積的測(cè)定方法有：吸附法（物理吸附、化學(xué)吸附）（2）孔結(jié)構(gòu)測(cè)定方法：氣體吸附法、壓汞法（3）機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定方法：?jiǎn)晤w粒壓碎試驗(yàn)法、堆積 壓碎法（4）磨損強(qiáng)度的測(cè)定方法：研磨法50. 試舉兩例利用分子篩的離子交換特性制備催化劑的方法和說(shuō)明答：利用分子篩的離子交換特性 制備高分散的負(fù)載型金屬催化劑： 將金屬離子直接交換到分子篩上，再將交換

13、上 去的金屬離子還原為金屬。這比用一般浸漬法所得的分散度要高得多。 制備性能優(yōu)良的雙功能催化劑：如，將 Ni2+，Pt2+，Pd2+等交換到分子篩上 并還原成為金屬。這些金屬將處于高度分散狀態(tài)，可制備雙功能催化劑。51. 催化劑設(shè)計(jì)要點(diǎn)答：催化劑設(shè)計(jì)：根據(jù)合理的程序和方法有效地利用未系統(tǒng)化的法則、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),在時(shí)間上和經(jīng)濟(jì)上最有效的開(kāi)發(fā)和制備新催化劑1）要進(jìn)行熱力學(xué)分析，指明反應(yīng)的可行性，最大平衡產(chǎn)率和所要求的最佳反應(yīng)條件，催化劑的經(jīng)濟(jì)性和催化反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性，環(huán)境保護(hù)等；2 ）分析催化劑設(shè)計(jì)參數(shù)的四要素：活性、選擇性、穩(wěn)定性/壽命、再生性；3）催化反應(yīng)過(guò)程與催化劑化學(xué)性質(zhì)有關(guān)；而傳質(zhì)傳熱則與物理

14、性質(zhì)有關(guān)，要兼而顧之52. 簡(jiǎn)述三效催化劑的組成及其催化原理。答：三效催化劑的組成：載體，涂層，活性組分動(dòng)態(tài)污染源中三效催化劑對(duì) NOx 的轉(zhuǎn)化很困難。但在靜態(tài)污染源，對(duì) NOx 的選 擇性還原 SCR 確實(shí)很成功！SCRNOx 催化分解選擇性催化還原法（ SCR 法）效率達(dá) 99% 還原劑 NH3反應(yīng) 6NO+4NH 3 5N 2+6H 2O6NO 2+8NH 3 7N 2+12H 2ONH 3 一般不與 O2 反應(yīng)，但 NOx 完全還原后便可反應(yīng)4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O4NH 3+3O 2 2N 2+6H 2O2NH 3+2O 2 N 2 O+3H 2O53. 催化過(guò)程滿足

15、的 4R 原則是什么？答：Reduction （減少）、reuse （再用）、recycling （再循環(huán)）、recovery （再回 收）54. 簡(jiǎn)述 E 因子和原子經(jīng)濟(jì)的定義。答：生產(chǎn)每千克產(chǎn)物所形成的廢棄物量來(lái)衡量化工過(guò)程的“綠色特征”。此量表示為化工過(guò)程陽(yáng)極E因子。2H 2O 4h4 H O2E因子=千克廢棄物/千克產(chǎn)物hOH H原子經(jīng)濟(jì)性陰極被利用原子的質(zhì)量/反應(yīng)中全部反應(yīng)物分子的質(zhì)量（）原子經(jīng)濟(jì)性是從原子水平上看化學(xué)反應(yīng)，0 2產(chǎn)率或收率是從傳統(tǒng)宏觀量上看反應(yīng)。 從 綠色化學(xué)觀點(diǎn)看，反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性為 100 就具有本質(zhì)的合成精度而無(wú)副產(chǎn)廢棄 物。55. 簡(jiǎn)述 TiO2 作為光催化

16、劑的催化原理。答： TiO2 催化原理吸收光子能量后，價(jià)帶上電子躍遷到導(dǎo)帶上，原價(jià)帶形成正 空穴。躍遷電子和正空穴極不穩(wěn)定，極易使周圍物質(zhì)氧化或還原。 （紫外光照射） 每個(gè) TiO2 粒子都是小型化學(xué)電池，表面有許多陽(yáng)、陰極將電子、空穴傳遞給吸附 于表面的分子、離子進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。陽(yáng)極傳遞空穴產(chǎn)生 O2 分子或羥基自由基（具有強(qiáng)氧化能力） 陰極傳遞電子產(chǎn)生 H2O2 和超氧56. 采用什么方法可以獲得大量廉價(jià)的氫氣？氫氣如何貯存？金屬氫化物是如何貯 氫的？答：生產(chǎn)-廉價(jià)電解水制氫貯存一一高壓存儲(chǔ)、液化存儲(chǔ)（即危險(xiǎn)又不經(jīng)濟(jì)一棄用） 高容量金屬氫化物材料（儲(chǔ)氫材料） 、納米石墨纖維、特種活性炭、

17、有機(jī)氫化物金屬氫化物貯氫方式：（1）以燃料形式貯存易于輸送及使用（ 2）以電化學(xué)能的形式貯存 利用陰極金屬的電化學(xué)作用使其變成金屬氫 化物，再利用逆過(guò)程釋放氫（3）以熱能形式貯存太陽(yáng)能等可以提供金屬氫化物分解所需要的能量57. 燃料電池有哪些種類？簡(jiǎn)述燃料電池的工作原理。答：一類是直接甲醇燃料電池（DMFC ）,另一種分類是根據(jù)電池的操作溫度區(qū) 分，有低溫 FC 和高溫 FC。低溫FC包括堿性燃料電池（AFC）、質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和磷酸FC（PAFC）；高溫FC有熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC） 原理：燃 料 極一一為負(fù)極 邙陽(yáng)極，貴金屬）表面發(fā)生氧

18、化反應(yīng)，生成正離子進(jìn)入電池回路。氧化劑極為正極（ Pt、 Al 、石墨等）表面發(fā)生還原反應(yīng)，生成負(fù)離子， 從電池內(nèi)回路流向陽(yáng)極58. 什么是生物質(zhì)能？簡(jiǎn)述你所知的生物質(zhì)能的利用途徑。 答：生物質(zhì)通過(guò)光合作用生成的。生物能由植物體形成的 （通過(guò)水和二氧化碳對(duì)有機(jī)物的糖類、淀粉進(jìn)行合成， 通過(guò)呼吸放出能量）動(dòng)物自身無(wú)法由無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物， 只能用植物產(chǎn)生的有機(jī)物攝入體內(nèi)產(chǎn)生能量維持生命， 排出的糞便及和尸體包含的有機(jī)物經(jīng)微生物氧化分解再還原成CO2、H2O 、 CH4 、 NH3 等。生物質(zhì)利用途經(jīng)：（ 1）能源植物含烴植物（青珊瑚草）石油替代品（ 2）直接燒木柴和木炭（ 3）生物質(zhì)發(fā)酵成酒精（

19、4）生物質(zhì)經(jīng)厭氧發(fā)酵成沼氣（ 5）生物質(zhì)催化汽化發(fā)展成高密度高熱含能源59. 試討論影響酶催化反應(yīng)的因素答：（ 1）溫度影響速率及酶變（酶有最適宜溫度）（ 2） PH 值影響酶及底物的解離、酶分子構(gòu)象及活性（ 3）激活劑酶及酶原都可以被激活激活劑可以是金屬離子或某些陰離子（ 4）抑制劑降低酶活性或使之失活（可逆、不可逆兩類） 失活作用：次級(jí)鍵被破壞，導(dǎo)致空間構(gòu)像變化，酶蛋白變質(zhì) 抑制作用：酶的必需基團(tuán)受某種化學(xué)物質(zhì)影響，導(dǎo)致活性降低 去激活作用：用螯合劑可去除能激活酶的金屬離子60. 綜述設(shè)計(jì)催化劑時(shí)選擇催化劑主要組分的依據(jù)有哪些？ 答：主要組分的選擇依據(jù)：1）根據(jù)有關(guān)催化理論歸納的參數(shù)；2）基于催化反應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律；3）基于活化模式的考慮61. 何為骨架金屬催化劑？其制備程序及主要優(yōu)點(diǎn)是什么？182答：1）骨架金屬催化