催化劑與催化作用基本知識(shí)

1、催化技術(shù)催化技術(shù)化學(xué)與化工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容催化作用的特征催化作用的特征1催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)2固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)3催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求化劑的要求4多相催化反應(yīng)體系的分析多相催化反應(yīng)體系的分析5催化技術(shù)課程主要參考書(shū)催化技術(shù)課程主要參考書(shū)v工業(yè)催化黃仲濤 主編 化學(xué)工業(yè)出版社v催化作用基礎(chǔ)（第三版） 甑開(kāi)吉等編 著 科學(xué)出版社 2005年v分子篩與多孔材料化學(xué) 徐如人 等著 科學(xué)出版社2004年v固體催化劑研究方法（上、下冊(cè)） 辛勤 主編 科學(xué)出版社2004年1.1.1催化劑和催化作

2、用催化劑和催化作用 (Catalyst and Catalysis)催化劑是一種能夠改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度，卻不改變化學(xué)催化劑是一種能夠改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度，卻不改變化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡位置，本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡位置，本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗的化學(xué)物質(zhì)。物質(zhì)。催化劑是一種可以改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速度物質(zhì)。催化劑是一種可以改變一個(gè)化學(xué)反應(yīng)速度物質(zhì)。催化作用是指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)。催化作用是指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)。1.1.2 催化作用不能改變化學(xué)平衡催化作用不能改變化學(xué)平衡催化劑催化劑在反應(yīng)體系中含量 達(dá)到平衡時(shí)的體積增量SO20.028.

3、19SO20.0638.34SO20.0798.20ZnSO42.78.13HCl0.158.15草酸0.528.27磷酸0.548.10平均8.19表表1-1 在不同催化劑存在下三聚乙醛解聚的平衡濃度在不同催化劑存在下三聚乙醛解聚的平衡濃度可逆反應(yīng)可逆反應(yīng) 根據(jù)微觀可逆原理，根據(jù)微觀可逆原理，假如一個(gè)催化反應(yīng)是假如一個(gè)催化反應(yīng)是可逆的，則一個(gè)加速可逆的，則一個(gè)加速正反應(yīng)速率的催化劑正反應(yīng)速率的催化劑也應(yīng)加速逆反應(yīng)速率，也應(yīng)加速逆反應(yīng)速率，以保持以保持 K平平不變（不變（K平平 k正正/k逆逆）。）。也就是說(shuō)：同樣一個(gè)能加速正反應(yīng)速率控制步驟的催化劑也就是說(shuō)：同樣一個(gè)能加速正反應(yīng)速率控制步驟的

4、催化劑也應(yīng)該能加速逆反應(yīng)速率也應(yīng)該能加速逆反應(yīng)速率。RPETS1TS1TS2TS2Intv 第一，對(duì)某一催化反應(yīng)進(jìn)行正反應(yīng)和進(jìn)行逆反應(yīng)的第一，對(duì)某一催化反應(yīng)進(jìn)行正反應(yīng)和進(jìn)行逆反應(yīng)的操操作條件（溫度、壓力、進(jìn)料組成）作條件（溫度、壓力、進(jìn)料組成）往往會(huì)有很大差別，往往會(huì)有很大差別，這對(duì)催化劑可能會(huì)產(chǎn)生一些影響。這對(duì)催化劑可能會(huì)產(chǎn)生一些影響。v 第二，對(duì)正反應(yīng)或逆反應(yīng)在進(jìn)行中所引起的第二，對(duì)正反應(yīng)或逆反應(yīng)在進(jìn)行中所引起的副反應(yīng)副反應(yīng)也也是值得注意的，因?yàn)檫@些副反應(yīng)會(huì)引起催化劑性能變是值得注意的，因?yàn)檫@些副反應(yīng)會(huì)引起催化劑性能變化。化。問(wèn)題問(wèn)題1 1：實(shí)際工業(yè)上催化正反應(yīng)、逆反應(yīng)：實(shí)際工業(yè)上催化正反

5、應(yīng)、逆反應(yīng)時(shí)為什么往往選用不同的催化劑？時(shí)為什么往往選用不同的催化劑？1.1.3催化作用改變反應(yīng)歷程而改變反應(yīng)速度催化作用改變反應(yīng)歷程而改變反應(yīng)速度反應(yīng)難以進(jìn)行使合成氨實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)催化劑改變反應(yīng)歷程意味著催化劑改變反應(yīng)歷程意味著v 1 1、催化劑參與反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)、催化劑參與反應(yīng)物之間的化學(xué)反應(yīng)v 2 2、通過(guò)反應(yīng)歷程改變使化學(xué)反應(yīng)的所需克服的能壘數(shù)值、通過(guò)反應(yīng)歷程改變使化學(xué)反應(yīng)的所需克服的能壘數(shù)值大大減少。大大減少。v 結(jié)果：結(jié)果： 催化反應(yīng)相對(duì)常規(guī)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件溫和得多，催化反應(yīng)相對(duì)常規(guī)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件溫和得多，甚至常規(guī)條件下難以發(fā)生的反應(yīng)，在催化劑參與下實(shí)現(xiàn)了甚至常規(guī)條件下難

6、以發(fā)生的反應(yīng)，在催化劑參與下實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)化生產(chǎn)。問(wèn)題問(wèn)題2：請(qǐng)同學(xué)們舉二個(gè)以上的實(shí)例？：請(qǐng)同學(xué)們舉二個(gè)以上的實(shí)例？1.1.4催化劑對(duì)加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性催化劑對(duì)加速化學(xué)反應(yīng)具有選擇性表表1-2 催化劑對(duì)可能進(jìn)行的特定反應(yīng)的選擇催化作用催化劑對(duì)可能進(jìn)行的特定反應(yīng)的選擇催化作用反應(yīng)物反應(yīng)物催化劑及反應(yīng)條件催化劑及反應(yīng)條件產(chǎn)物產(chǎn)物CO+H2Rh/Pt/SiO2，573K，7105Pa乙醇乙醇Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133107 2.0266107Pa甲醇甲醇Rh絡(luò)合物絡(luò)合物,473573K, 5.0665107 3.0399108Pa乙二醇乙二醇Cu,Zn,49

7、3K, 3106Pa二甲醚二甲醚Ni, 473573K, 1.0133105Pa甲烷甲烷Co,Ni, 473K, 1.0133105Pa合成汽油合成汽油熱反應(yīng)時(shí)生成熱反應(yīng)時(shí)生成COCO2 2比生比生成甲醛的能壘小很多成甲醛的能壘小很多甲醇氧化反應(yīng)的不同能壘變化示意圖催化反應(yīng)時(shí)，生成催化反應(yīng)時(shí)，生成COCO和和COCO2 2的能壘明顯高于生的能壘明顯高于生成甲醛的能壘成甲醛的能壘應(yīng)產(chǎn)物具有選擇性的主要原因應(yīng)產(chǎn)物具有選擇性的主要原因仍然是由于催化劑可以顯著降仍然是由于催化劑可以顯著降低主反應(yīng)的活化能，而副反應(yīng)低主反應(yīng)的活化能，而副反應(yīng)活化能的降低則不明顯活化能的降低則不明顯CH3OH+O2=CO2

8、+2H2OCH3OH+O2=HCHO+2H2O催化劑選擇性理解催化劑選擇性理解v1 1、不同催化劑對(duì)特定的反應(yīng)體系有選擇性（、不同催化劑對(duì)特定的反應(yīng)體系有選擇性（機(jī)理機(jī)理選擇性選擇性）v2 2、催化劑因催化劑結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致選擇性（、催化劑因催化劑結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致選擇性（擴(kuò)散選擴(kuò)散選擇性擇性）。）。問(wèn)題問(wèn)題3：催化劑的選擇性在工業(yè)上有何意義？：催化劑的選擇性在工業(yè)上有何意義？催化作用的特征催化作用的特征1催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)2固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)3催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求化劑的要求4多相催化反應(yīng)體系的分析多相催化

9、反應(yīng)體系的分析51.2.1 催化反應(yīng)分類(lèi)催化反應(yīng)分類(lèi)酶催化反應(yīng)同酶催化反應(yīng)同時(shí)具有均相和時(shí)具有均相和非均相反應(yīng)的非均相反應(yīng)的性質(zhì)。性質(zhì)。非均相催化反非均相催化反應(yīng)是指反應(yīng)物應(yīng)是指反應(yīng)物和催化劑居于和催化劑居于不同相態(tài)的反不同相態(tài)的反應(yīng)。應(yīng)。均相催化反應(yīng)均相催化反應(yīng)是指反應(yīng)物和是指反應(yīng)物和催化劑居于同催化劑居于同一相態(tài)中的反一相態(tài)中的反應(yīng)。應(yīng)。A. 按催化反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性進(jìn)行分類(lèi)按催化反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性進(jìn)行分類(lèi)表表1-3 催化劑對(duì)可能進(jìn)行的特定反應(yīng)的選擇催化作用催化劑對(duì)可能進(jìn)行的特定反應(yīng)的選擇催化作用B. 按反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)按反應(yīng)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)反應(yīng)類(lèi)型反應(yīng)類(lèi)型常用催化劑常用催化劑加氫加氫N(xiāo)i

10、,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63-脫氫脫氫Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt氧化氧化V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2羰基化羰基化Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(PPh3)3*,RhCl2(CO)PPh3聚合聚合CrO3,MoO2,TiCl4-Al(C2H5)3鹵化鹵化AlCl3,FeCl3,CuCl2,HgCl2裂解裂解SiO2-Al2O3,SiO2-MgO,沸石分子篩，活性白土沸石分子篩，活性白土水合水合H2SO4,H3PO4,HgSO4,分子篩，離子交換樹(shù)脂分子篩，離子交換樹(shù)脂烷基化

11、，異構(gòu)化烷基化，異構(gòu)化H3PO4/硅藻土，硅藻土，AlCl3,BF3,SiO2-Al2O3,沸石分子篩沸石分子篩D. 按反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分類(lèi)按反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行分類(lèi)酸堿型催化反應(yīng)酸堿型催化反應(yīng) 酸堿型催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理酸堿型催化反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子之可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子之間通過(guò)電子對(duì)的授受而配位，或間通過(guò)電子對(duì)的授受而配位，或者發(fā)生強(qiáng)烈極化，形成離子型活者發(fā)生強(qiáng)烈極化，形成離子型活性中間物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。性中間物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。氧化還原型催化反應(yīng)氧化還原型催化反應(yīng) 氧化還原型催化反應(yīng)機(jī)理可氧化還原型催化反應(yīng)機(jī)理可認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子間通認(rèn)為是催化劑與反應(yīng)物分子間通過(guò)單個(gè)

12、電子轉(zhuǎn)移，形成活性中間過(guò)單個(gè)電子轉(zhuǎn)移，形成活性中間物種進(jìn)行催化反應(yīng)。物種進(jìn)行催化反應(yīng)。CH2H2C+ HAH3C CH2+ A-CH2H2C+ BF3H2C CH2BF3H2C CH2BF3鍵合鍵合H HM MM MH H 表表1-4 酸堿型及氧化還原型催化反應(yīng)比較酸堿型及氧化還原型催化反應(yīng)比較比較項(xiàng)目比較項(xiàng)目酸堿型催化反應(yīng)酸堿型催化反應(yīng)氧化還原型催化反應(yīng)氧化還原型催化反應(yīng)催化劑與反應(yīng)物之間催化劑與反應(yīng)物之間作用作用電子對(duì)的接受或電荷密度的分電子對(duì)的接受或電荷密度的分布發(fā)生變化布發(fā)生變化單個(gè)電子轉(zhuǎn)移單個(gè)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)物化學(xué)變化反應(yīng)物化學(xué)變化非均裂或極化非均裂或極化均裂均裂生成活性中間物種生成活性

13、中間物種自旋飽和的物種（離子型物種）自旋飽和的物種（離子型物種）自旋不飽和的物種（自由自旋不飽和的物種（自由基型物種）基型物種）催化劑催化劑自旋飽和分子或固體物質(zhì)自旋飽和分子或固體物質(zhì)自旋不飽和分子或固體物自旋不飽和分子或固體物質(zhì)質(zhì)催化劑舉例催化劑舉例酸，堿，鹽，氧化物，分子篩酸，堿，鹽，氧化物，分子篩過(guò)渡金屬，過(guò)渡金屬氧過(guò)渡金屬，過(guò)渡金屬氧（硫）化物，過(guò)渡金屬鹽，（硫）化物，過(guò)渡金屬鹽，金屬有機(jī)絡(luò)合物金屬有機(jī)絡(luò)合物反應(yīng)舉例反應(yīng)舉例裂解，水合，脂化，烷基化，裂解，水合，脂化，烷基化，歧化，異構(gòu)化歧化，異構(gòu)化加氫，脫氫，氧化，氨氧加氫，脫氫，氧化，氨氧化化v 元素周期律把元素分為主族元素元素周期

14、律把元素分為主族元素( () )和副族元素和副族元素( () )。用做催化劑的主族元素多以化合物形式存在。用做催化劑的主族元素多以化合物形式存在。v 主族元素的氧化物、氫氧化物、鹵化物、含氧酸及氫化主族元素的氧化物、氫氧化物、鹵化物、含氧酸及氫化物等由于在反應(yīng)中容易形成離子鍵，主要用做酸堿型催物等由于在反應(yīng)中容易形成離子鍵，主要用做酸堿型催化劑。但是，第化劑。但是，第主族的部分元素，如銦、錫、銻主族的部分元素，如銦、錫、銻和鉍等氧化物也常用做氧化還原型催化劑。和鉍等氧化物也常用做氧化還原型催化劑。v 而副族元素?zé)o論是金屬單質(zhì)還是化合物，由于在反應(yīng)中而副族元素?zé)o論是金屬單質(zhì)還是化合物，由于在反應(yīng)

15、中容易得失電子，主要用做氧化還原型催化劑。特別是第容易得失電子，主要用做氧化還原型催化劑。特別是第過(guò)渡族金屬元素和它的化合物是最主要的金屬催化劑、過(guò)渡族金屬元素和它的化合物是最主要的金屬催化劑、金屬氧化物催化劑和絡(luò)合物催化劑。但是副族元素的一金屬氧化物催化劑和絡(luò)合物催化劑。但是副族元素的一些氧化物、鹵化物和鹽類(lèi)也可用做酸堿型催化劑，如些氧化物、鹵化物和鹽類(lèi)也可用做酸堿型催化劑，如CrCr2 2O O3 3，NiSONiSO4 4，ZnClZnCl2 2和和FeClFeCl3 3等。等。A. 按元素周期律分類(lèi)按元素周期律分類(lèi)1.2.1 催化劑分類(lèi)催化劑分類(lèi)B. 按固體催化劑的導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)分類(lèi)

16、按固體催化劑的導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)分類(lèi)表表1-5 按固體催化劑導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)分類(lèi)按固體催化劑導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)分類(lèi)類(lèi)別類(lèi)別化學(xué)形態(tài)化學(xué)形態(tài)催化劑舉例催化劑舉例催化反應(yīng)舉例催化反應(yīng)舉例導(dǎo)體導(dǎo)體過(guò)渡金屬過(guò)渡金屬 Fe,Ni,Pd,Pt,CuFe,Ni,Pd,Pt,Cu加氫，脫氫，氧加氫，脫氫，氧化，氫解化，氫解半導(dǎo)體半導(dǎo)體氧化物或氧化物或硫化物硫化物V V2 2O O5 5,Cr,Cr2 2O O3 3,MoS,MoS2 2,NiO,ZnO,Bi,NiO,ZnO,Bi2 2O O3 3氧化，脫氫，加氧化，脫氫，加氫，氨氧化氫，氨氧化絕緣體絕緣體氧化物氧化物鹽鹽AlAl2 2O O3 3,TiO,TiO

17、2 2,Na,Na2 2O,MgO,O,MgO,分子篩分子篩NiSONiSO4 4,FeCl,FeCl3 3, ,分子篩分子篩,AlPO,AlPO4 4脫水，異構(gòu)化，脫水，異構(gòu)化，聚合，烷基化，聚合，烷基化，脂化，裂解脂化，裂解催化作用的特征催化作用的特征1催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)2固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)3催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求化劑的要求4多相催化反應(yīng)體系的分析多相催化反應(yīng)體系的分析51.3 固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑主催化劑主催化劑main catalyst共催化劑共催化劑助催化

18、劑助催化劑載體載體support carrier結(jié)構(gòu)型助催化劑結(jié)構(gòu)型助催化劑調(diào)變型助催化劑調(diào)變型助催化劑擴(kuò)散型助催化劑擴(kuò)散型助催化劑毒化型助催化劑毒化型助催化劑又稱(chēng)活性組分又稱(chēng)活性組分催化劑的主要成分催化劑的主要成分同時(shí)起催化作用，缺一不可同時(shí)起催化作用，缺一不可1.3.1 固體催化劑的組成固體催化劑的組成助催化作用助催化作用傳熱和稀釋作用傳熱和稀釋作用支撐作用支撐作用穩(wěn)定化作用穩(wěn)定化作用分散作用分散作用載體載體1.3.2固體催化劑的結(jié)構(gòu)固體催化劑的結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成固體催化劑的組成分散度分散度化合態(tài)化合態(tài)物物 相相初級(jí)粒子初級(jí)粒子次級(jí)粒子次級(jí)粒子金屬單質(zhì)金屬單質(zhì)化化 合合 物物固固 溶溶

19、體體晶晶 態(tài)態(tài)非非 晶晶 態(tài)態(tài)均均 勻勻 度度積聚方式積聚方式外外 形形表面紋理表面紋理孔隙構(gòu)造孔隙構(gòu)造組分分布組分分布固體催化劑的顆粒固體催化劑的顆粒圖圖1-3 1-3 固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)關(guān)系固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)關(guān)系1.3.2 固體催化劑的結(jié)構(gòu)固體催化劑的結(jié)構(gòu)催化劑的表示方法催化劑的表示方法通常：v1、用“/” 來(lái)區(qū)分載體與活性組分 如：Ru/Al2O3，Pt/Al2O3，Pd/SiO2 Au/Cv2、用“-”來(lái)區(qū)分各活性組分及助劑 Pt-Sn/Al2O3，F(xiàn)e-AL2O3-K2Ov 上節(jié)課：v 1、催化劑能有哪些作用；v 2、合成氨催化劑主要活性組分為Fe；v 3、利用氧與有機(jī)物反應(yīng)

20、是合成有機(jī)物的主要手段，請(qǐng)問(wèn)這一催化過(guò)程是部分氧化還原完全氧化過(guò)程？v 4、如何判斷催化反應(yīng)活化能大??？v 5、有一個(gè)催化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)是連串反應(yīng)：A B C，請(qǐng)問(wèn)減小C組分的生成？催化作用的特征催化作用的特征1催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)2固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)3催化劑的反應(yīng)性能及對(duì)工業(yè)催化催化劑的反應(yīng)性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求劑的要求4多相催化反應(yīng)體系的分析多相催化反應(yīng)體系的分析51.4.1 催化劑的反應(yīng)性能催化劑的反應(yīng)性能v催化劑的催化劑的活性活性v催化劑的催化劑的選擇性選擇性v催化劑的催化劑的穩(wěn)定性穩(wěn)定性催化劑的活性催化劑的活性3轉(zhuǎn)化率表示法轉(zhuǎn)化率表示法

21、CA%=反應(yīng)物反應(yīng)物A轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化掉的量掉的量/流經(jīng)催化床流經(jīng)催化床層進(jìn)料中反應(yīng)物層進(jìn)料中反應(yīng)物A的總量的總量100%1SgmPASPAVPAmrSrrVhmmolSdtdnSdtdnrhLmolVdtdnVdtdnrhgmolmdtdnmdtdnr121111反應(yīng)速率表示法反應(yīng)速率表示法2)()(pfkRcfkr反應(yīng)速度常數(shù)表示法反應(yīng)速度常數(shù)表示法轉(zhuǎn)換頻率（Turnover frequency） 指單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)催化活性中心上發(fā)生反應(yīng)的次數(shù)。作為真正催化活性的一個(gè)基本度量。催化劑的選擇性催化劑的選擇性選擇性（選擇性（S%S%）選擇性因素（選擇度）選擇性因素（選擇度）催化劑的穩(wěn)定性催化劑的穩(wěn)定性化

22、學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性耐熱穩(wěn)定性耐熱穩(wěn)定性抗毒穩(wěn)定性抗毒穩(wěn)定性機(jī)械穩(wěn)定性機(jī)械穩(wěn)定性1.4.2 對(duì)工業(yè)催化劑的要求對(duì)工業(yè)催化劑的要求A.A.工業(yè)催化劑是指具有工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際意義，可以工業(yè)催化劑是指具有工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際意義，可以用于大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程的催化劑。用于大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程的催化劑。B.B.一種好的工業(yè)催化劑應(yīng)具有一種好的工業(yè)催化劑應(yīng)具有適宜的活性適宜的活性、高選高選擇性擇性和和長(zhǎng)壽命長(zhǎng)壽命。C.C.工業(yè)催化劑的活性、選擇性和壽命除決定于催工業(yè)催化劑的活性、選擇性和壽命除決定于催化劑的化劑的組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)外，與外，與操作條件操作條件也有很大關(guān)系。也有很大關(guān)系。這些條件包括原料的純度、生產(chǎn)負(fù)荷、操作溫度這些

23、條件包括原料的純度、生產(chǎn)負(fù)荷、操作溫度和壓力等。和壓力等。D.D.因此，在選擇或研制催化劑時(shí)要充分考慮到操因此，在選擇或研制催化劑時(shí)要充分考慮到操作條件的影響，并選擇適宜的配套裝置和工藝流作條件的影響，并選擇適宜的配套裝置和工藝流程。此外，程。此外，催化劑的價(jià)格催化劑的價(jià)格也是要考慮的。也是要考慮的。催化作用的特征催化作用的特征1催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)催化反應(yīng)和催化劑的分類(lèi)2固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)3催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催催化劑的反應(yīng)性性能及對(duì)工業(yè)催化劑的要求化劑的要求4多相催化反應(yīng)體系的分析多相催化反應(yīng)體系的分析51.5.1 多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟多相催化反應(yīng)過(guò)

24、程的主要步驟1.5.2多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散外擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散外擴(kuò)散外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散反應(yīng)物分子從顆反應(yīng)物分子從顆粒外表面擴(kuò)散進(jìn)粒外表面擴(kuò)散進(jìn)入到顆?？紫秲?nèi)入到顆?？紫秲?nèi)部，或者產(chǎn)物分部，或者產(chǎn)物分子從孔隙內(nèi)部擴(kuò)子從孔隙內(nèi)部擴(kuò)散到顆粒外表面散到顆粒外表面的過(guò)程，稱(chēng)為內(nèi)的過(guò)程，稱(chēng)為內(nèi)擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散過(guò)程。反應(yīng)物分子從流體反應(yīng)物分子從流體體相通過(guò)附在氣、體相通過(guò)附在氣、固邊界層的靜止氣固邊界層的靜止氣膜（或液膜）達(dá)到膜（或液膜）達(dá)到顆粒外表面，或者顆粒外表面，或者產(chǎn)物分子從顆粒外產(chǎn)物分子從顆粒外表面通過(guò)靜止層進(jìn)表面通過(guò)靜止層進(jìn)入流體體相的過(guò)程，入流體體相的過(guò)程，稱(chēng)

25、為外擴(kuò)散過(guò)程。稱(chēng)為外擴(kuò)散過(guò)程。氣相反應(yīng)物粒度和質(zhì)量線(xiàn)速對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響氣相反應(yīng)物粒度和質(zhì)量線(xiàn)速對(duì)轉(zhuǎn)化率的影響外擴(kuò)散阻力：氣固（或液固）邊界的靜止層阻力：氣固（或液固）邊界的靜止層消除方法：提高空速消除方法：提高空速內(nèi)擴(kuò)散阻力：催化劑顆粒空隙內(nèi)經(jīng)和長(zhǎng)度阻力：催化劑顆?？障秲?nèi)經(jīng)和長(zhǎng)度消除方法：減小催化劑顆粒大小，增消除方法：減小催化劑顆粒大小，增大催化劑空隙直徑大催化劑空隙直徑擴(kuò)散過(guò)程影響的消除擴(kuò)散過(guò)程影響的消除1.5.3 多相催化反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程多相催化反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程4321反應(yīng)物化學(xué)吸附反應(yīng)物化學(xué)吸附生成活性中間物生成活性中間物活性中間物進(jìn)行化活性中間物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物學(xué)反應(yīng)生成產(chǎn)物吸附的產(chǎn)物

26、經(jīng)過(guò)吸附的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)脫附得到產(chǎn)物脫附得到產(chǎn)物催化劑得以復(fù)原催化劑得以復(fù)原1. 活性中間物種的形成活性中間物種的形成活性中間物種：活性中間物種：在催化反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程中間生成的物種，在催化反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程中間生成的物種，濃度不高濃度不高，壽命很短壽命很短，活性很高活性很高，可以使，可以使反應(yīng)反應(yīng)沿活化能降低沿活化能降低的新途徑進(jìn)行。的新途徑進(jìn)行。多相催化中反應(yīng)物分子與催化劑表面活性多相催化中反應(yīng)物分子與催化劑表面活性中心是靠中心是靠化學(xué)吸附化學(xué)吸附生成活性中間物種的生成活性中間物種的活性中間體活性中間體反應(yīng)物分子吸附在活性中心上形成化學(xué)鍵合，反應(yīng)物分子吸附在活性中心上形成化學(xué)鍵合，該鍵合力使反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂或重排，形該鍵合力使反應(yīng)物分子化學(xué)鍵