《工業(yè)催化基礎》講義

1、工業(yè)催化基礎講義第一節(jié) 工業(yè)催化在國計民生中的作用 一、催化劑現(xiàn)代化學工業(yè)的基石一、催化劑現(xiàn)代化學工業(yè)的基石 90以上的化工產品是借助催化劑生產出的，沒以上的化工產品是借助催化劑生產出的，沒有催化劑，就不可能建立現(xiàn)代化學工業(yè)。有催化劑，就不可能建立現(xiàn)代化學工業(yè)。 如：如： 無機化學工業(yè)中的合成氨、硝酸、硫酸等的生產。無機化學工業(yè)中的合成氨、硝酸、硫酸等的生產。 石油加工中的催化裂化、催化重整等過程。石油加工中的催化裂化、催化重整等過程。 石油化工中醇、醛、酸、酯的生產。石油化工中醇、醛、酸、酯的生產。 三大合成高分子材料的生產。三大合成高分子材料的生產。 煤化工與天然氣化工過程。煤化工與天然氣

2、化工過程。 生物化工中的酶催化過程。生物化工中的酶催化過程。 環(huán)保催化過程等。環(huán)保催化過程等?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 2第一節(jié) 工業(yè)催化在國計民生中的作用 二、二十世紀工業(yè)催化的一些重大發(fā)明二、二十世紀工業(yè)催化的一些重大發(fā)明 化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 3第一節(jié) 工業(yè)催化在國計民生中的作用 化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 4第二節(jié) 基本概念和常用術語 一、催化劑和催化作用：一、催化劑和催化作用： 何謂催化劑？先看一個例子：通常情況下，將何謂催化劑？先看一個例子：通常情況下，將N2分子和分子和H

3、2分子混合在一個惰性的容器中。即使在分子混合在一個惰性的容器中。即使在500下，也幾乎下，也幾乎檢測不到檢測不到NH3的生成。雖然的生成。雖然N2分子和分子和H2分子化合生成分子化合生成NH3是是一個熱力學允許的可逆放熱反應：一個熱力學允許的可逆放熱反應： N2+3H2 NH3 H 500oC109 kJ/mol 但如果在但如果在N2分子和分子和H2分子混合氣體的體系中有少量分子混合氣體的體系中有少量Fe存在存在,就會有就會有NH3生成，其中生成，其中Fe稱為催化劑，對稱為催化劑，對NH3的生成起著關的生成起著關鍵的作用。鍵的作用?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室

4、5第二節(jié) 基本概念和常用術語 因為：因為：如果沒有催化劑，如果沒有催化劑，N2分子和分子和H2分子化合生成分子化合生成NH3是一個均相的化學反應過程。即要經過是一個均相的化學反應過程。即要經過N2分子的分子的NN鍵和鍵和H2分子的分子的HH鍵斷裂和鍵斷裂和NH3分子分子NH鍵的形成。鍵的形成。由于由于N2分子和分子和H2分子的鍵能很高，都非常穩(wěn)定。分子的鍵能很高，都非常穩(wěn)定。因此因此N2分子和分子和H2分子經均相化學反應合成分子經均相化學反應合成NH3需要很大的能量，即反應的活化能很高。需要很大的能量，即反應的活化能很高。在在500，常壓條件下活化能為，常壓條件下活化能為334.6 kJ/mo

5、l，在這種情況下，氨合成的反應極慢，以致生成在這種情況下，氨合成的反應極慢，以致生成氨的量甚微，常規(guī)方法都難以測出。氨的量甚微，常規(guī)方法都難以測出。化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 6第二節(jié) 基本概念和常用術語 但：但：采用采用Fe作為催化劑時，作為催化劑時，N2分子和分子和H2分子化合生分子化合生成成NH3的途徑就發(fā)生了變化。的途徑就發(fā)生了變化?，F(xiàn)代研究表明，現(xiàn)代研究表明，N2分子和分子和H2分子首先在分子首先在Fe催化催化劑表明發(fā)生化學吸附，這使得劑表明發(fā)生化學吸附，這使得N2分子和分子和H2分子分子的化學鍵削弱以至斷裂，然后化學吸附的氮（的化學鍵削弱以至斷裂，

6、然后化學吸附的氮（Nad）和化學吸附的氫（）和化學吸附的氫（Had）在催化劑表面）在催化劑表面相互作用，并經過一系列的表面化學反應，最相互作用，并經過一系列的表面化學反應，最后生成的后生成的NH3分子從催化劑表面脫附，生成產分子從催化劑表面脫附，生成產物物NH3。反應機理和反應過程的能量關系如下：反應機理和反應過程的能量關系如下：第二節(jié) 基本概念和常用術語 反應機理和反應過程的能量如下：反應機理和反應過程的能量如下：化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 8Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lec

7、ture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 3535第二節(jié) 基本概念和常用術語 化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 9實驗表明，在實驗表明，在500、常壓、常壓的反應條件下的反應條件下，催化反應比，催化反應比相同條件下的相同條件下的均相非催化反均相非催化反應的反應速率應的反應速率要高出要高出13個數(shù)個數(shù)量級，催化反量級，催化反應示意圖如圖應示意圖如圖所示所示 1981年，年，IUPAC對催化劑的定義：催化劑是一種物質，它能夠改對催化劑的定義：催化劑是一種物質，它能夠改變化學反應的速率，而不改變該

8、反應的標準變化學反應的速率，而不改變該反應的標準Gibbs自由焓變化；自由焓變化；此過程稱為催化作用，涉及催化劑的反應稱為催化反應。此過程稱為催化作用，涉及催化劑的反應稱為催化反應。第二節(jié) 基本概念和常用術語 二、催化劑的基本特征：二、催化劑的基本特征：1、催化劑只能加速熱力學可行的反應，不能實、催化劑只能加速熱力學可行的反應，不能實現(xiàn)熱力學不可能的反應；現(xiàn)熱力學不可能的反應；2、催化劑只能改變化學反應的速度，不能改變、催化劑只能改變化學反應的速度，不能改變化學平衡的位置；化學平衡的位置；3、催化劑能降低反應的活化能，改變反應的歷、催化劑能降低反應的活化能，改變反應的歷 程；程；4、催化劑對反

9、應具有選擇性。、催化劑對反應具有選擇性?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 10第二節(jié) 基本概念和常用術語 三、催化劑的重要應用領域：三、催化劑的重要應用領域：石油煉制：石油煉制是指對不同沸釋的石油餾分石油煉制：石油煉制是指對不同沸釋的石油餾分經催化轉化成各種燃料油，潤滑基礎油，化工原經催化轉化成各種燃料油，潤滑基礎油，化工原料的過程。這是催化劑最重要的應用領域。使用料的過程。這是催化劑最重要的應用領域。使用的催化劑包括各種固體酸，分子篩，負載型金屬的催化劑包括各種固體酸，分子篩，負載型金屬催化劑等；催化劑反應過程要有催化裂化，催化催化劑等；催化劑反應過程要有催化裂化

10、，催化重整，催化加氫處理等?；し磻に噭t有固定重整，催化加氫處理等?；し磻に噭t有固定床、流化床、提升管催化裂化、鉑重整、連續(xù)移床、流化床、提升管催化裂化、鉑重整、連續(xù)移動床低壓鉑重整、常壓渣油催化裂化等。動床低壓鉑重整、常壓渣油催化裂化等?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 11第二節(jié) 基本概念和常用術語 石油化工：石油化工是指一切以石油烴為原料生石油化工：石油化工是指一切以石油烴為原料生產各種化工產品的催化過程。包括一些基本有機產各種化工產品的催化過程。包括一些基本有機化工原料合成的催化過程。能用的催化劑種類很化工原料合成的催化過程。能用的催化劑種類很多。一些

11、重要的催化過程有：催化加氫與脫氫；多。一些重要的催化過程有：催化加氫與脫氫；催化水合與脫水；烴類的異構和芳構；芳烴烷基催化水合與脫水；烴類的異構和芳構；芳烴烷基化，歧化及烷基轉移；烯烴二聚及齊聚等。化，歧化及烷基轉移；烯烴二聚及齊聚等?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 12第二節(jié) 基本概念和常用術語 細精化工：細精化工是指對基本化學工業(yè)生產細精化工：細精化工是指對基本化學工業(yè)生產的初級或次級化學品進行深加工，特別具有特的初級或次級化學品進行深加工，特別具有特定功能，特定用途且附加值高的化工產品的化定功能，特定用途且附加值高的化工產品的化工過程。涉汲到氧化反應，還原反

12、應，碳鏈增工過程。涉汲到氧化反應，還原反應，碳鏈增減反應，重排反應，雜環(huán)合成反應，不對稱合減反應，重排反應，雜環(huán)合成反應，不對稱合成工藝等。廣泛使用酸堿催化劑，超強酸堿催成工藝等。廣泛使用酸堿催化劑，超強酸堿催化劑，分子篩擇形催化劑，金屬化合物和配合化劑，分子篩擇形催化劑，金屬化合物和配合物催化劑，手性催化劑，相轉移催化劑等。物催化劑，手性催化劑，相轉移催化劑等?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 13第二節(jié) 基本概念和常用術語 合成材料：合成材料：合成樹脂，合成纖維，合成橡膠這三大合成材料的合成樹脂，合成纖維，合成橡膠這三大合成材料的生產過程中，催化劑起著關鍵的作用

13、生產過程中，催化劑起著關鍵的作用 在聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等的生產，以及高分子單在聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等的生產，以及高分子單體的生產過程中都要使用多種催化劑；體的生產過程中都要使用多種催化劑； 在合成纖維工業(yè)中，滌綸（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維的生在合成纖維工業(yè)中，滌綸（聚對苯二甲酸乙二醇酯）纖維的生產需要甲苯歧化，二甲苯異構化，對二甲苯氧化，對苯二甲酸酯產需要甲苯歧化，二甲苯異構化，對二甲苯氧化，對苯二甲酸酯化，乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，對苯二甲酸與乙二醇縮聚等多個過程。化，乙烯氧化制環(huán)氧乙烷，對苯二甲酸與乙二醇縮聚等多個過程。其中每一過程都要使用催化劑；在腈綸（聚丙烯腈）纖維的

14、生產其中每一過程都要使用催化劑；在腈綸（聚丙烯腈）纖維的生產中，要用到丙烯氨氧化等多種催化劑；在維倫（聚乙烯醇）纖維中，要用到丙烯氨氧化等多種催化劑；在維倫（聚乙烯醇）纖維生產中，無論是乙炔合成或由乙烯合成醋酸乙烯，均是催化劑參生產中，無論是乙炔合成或由乙烯合成醋酸乙烯，均是催化劑參與的催化過程；與的催化過程； 在合成橡膠工業(yè)中，丁苯橡膠，順丁橡膠，異戊橡膠，乙丙橡在合成橡膠工業(yè)中，丁苯橡膠，順丁橡膠，異戊橡膠，乙丙橡膠等主要品種的生產中都要使用催化劑。一些單體的生產，為丁膠等主要品種的生產中都要使用催化劑。一些單體的生產，為丁烯氧化脫氫制丁二烯，苯烷基化制乙苯。乙苯脫氫制苯乙烯，異烯氧化脫氫

15、制丁二烯，苯烷基化制乙苯。乙苯脫氫制苯乙烯，異戊烷制異戊二烯等也都需要催化劑。戊烷制異戊二烯等也都需要催化劑?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 14第二節(jié) 基本概念和常用術語 碳一化學：碳一（碳一化學：碳一（C1）化學主要研究含一個碳原子的）化學主要研究含一個碳原子的化合物，如甲烷，甲醇，化合物，如甲烷，甲醇，CO，CO2，HCN等參與的化等參與的化學反應。目前已可按學反應。目前已可按C1化學的路線，從煤和無燃氣出化學的路線，從煤和無燃氣出發(fā)，生產出新型的合成燃料，以及乙烯，丙烯，芳烴等發(fā)，生產出新型的合成燃料，以及乙烯，丙烯，芳烴等重要的起始化工原料。而這些新工藝

16、的開發(fā)，首先要解重要的起始化工原料。而這些新工藝的開發(fā)，首先要解決催化劑這一關鍵問題。特別是煤經合成氣（決催化劑這一關鍵問題。特別是煤經合成氣（CO+H2）制甲醇，由制甲醇，由F-T合成制汽油，柴油，甲醇催化轉化制乙合成制汽油，柴油，甲醇催化轉化制乙烯，丙烯等可大大緩解對石油的消耗，對可持續(xù)發(fā)展有烯，丙烯等可大大緩解對石油的消耗，對可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。重要的意義?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 15第二節(jié) 基本概念和常用術語 基礎無機化工：基礎無機化工產品如硫酸，硝酸，基礎無機化工：基礎無機化工產品如硫酸，硝酸，合成氨等種類雖然不多，但產品相當大。其中硫合成氨

17、等種類雖然不多，但產品相當大。其中硫酸是世界產量最大的合成化學品之一。目前硫酸酸是世界產量最大的合成化學品之一。目前硫酸的生產是為催化劑氧化的生產是為催化劑氧化SO2制得。硝酸在鉑銠制得。硝酸在鉑銠催化劑作用下，用氨的催化氧化法制得。合成氨催化劑作用下，用氨的催化氧化法制得。合成氨工業(yè)使用的催化劑達工業(yè)使用的催化劑達8種以上。包括加氫脫硫鈷種以上。包括加氫脫硫鈷鉬基，鋅基催化劑。一段轉化二段轉化鎳基催鉬基，鋅基催化劑。一段轉化二段轉化鎳基催化劑。中溫變換鐵基催化劑，低溫變換銅基催化化劑。中溫變換鐵基催化劑，低溫變換銅基催化劑，甲烷化鎳基催化劑，氨合成鐵基催化劑等。劑，甲烷化鎳基催化劑，氨合成鐵

18、基催化劑等?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 16第二節(jié) 基本概念和常用術語 生物催化：生物催化：生物催化是指在生物催化劑（俗稱酶）作用下的反應過生物催化是指在生物催化劑（俗稱酶）作用下的反應過程。雖然酶是不同于化學催化劑的另一種類型的催化劑，但現(xiàn)代現(xiàn)象程。雖然酶是不同于化學催化劑的另一種類型的催化劑，但現(xiàn)代現(xiàn)象表明，酶催化過程的物理化學規(guī)律與化學催化劑是一致的。只不過酶表明，酶催化過程的物理化學規(guī)律與化學催化劑是一致的。只不過酶的催化作用是生化反應的核心?；瘜W催化劑是化學反應的關鍵，并且的催化作用是生化反應的核心?；瘜W催化劑是化學反應的關鍵，并且近年來生物催化與傳

19、統(tǒng)的化學催化的關系越來越密切，展現(xiàn)出了廣泛近年來生物催化與傳統(tǒng)的化學催化的關系越來越密切，展現(xiàn)出了廣泛的應用前景。的應用前景。 如農藥工業(yè)中，以酶作催化劑已經大量生產維生素，抗生素，激素如農藥工業(yè)中，以酶作催化劑已經大量生產維生素，抗生素，激素以及多種藥物，農藥等。在食品工業(yè)中，用酶催化的生物化工方法，以及多種藥物，農藥等。在食品工業(yè)中，用酶催化的生物化工方法，可以生產發(fā)酵食品，調味品，醇類飲料，有機酸，氨基酸，甜味劑，可以生產發(fā)酵食品，調味品，醇類飲料，有機酸，氨基酸，甜味劑，以及各種保健食品；在化學工業(yè)中，用生物催化劑已能生產許多中化以及各種保健食品；在化學工業(yè)中，用生物催化劑已能生產許多

20、中化工原料，為甲醇，乙醇，丁二醇，異丙醇，丙二醇，木糖醇，檸檬酸，工原料，為甲醇，乙醇，丁二醇，異丙醇，丙二醇，木糖醇，檸檬酸，葡萄糖酸，已二酸，丙酮，甘油，等。還可合成許多高分子化合物，葡萄糖酸，已二酸，丙酮，甘油，等。還可合成許多高分子化合物，如多糖，葡萄糖，可生物降解高聚物聚羥基丁酸等。如多糖，葡萄糖，可生物降解高聚物聚羥基丁酸等。 特別是在能源工業(yè)中，采用生物催化劑可以從纖維素，淀粉，有機特別是在能源工業(yè)中，采用生物催化劑可以從纖維素，淀粉，有機廢棄物等可再生資源大量生產甲烷，甲酸，乙酸等能源。這對于減少廢棄物等可再生資源大量生產甲烷，甲酸，乙酸等能源。這對于減少化石資源的消耗和凈氣體

21、化石資源的消耗和凈氣體CO2的排放。充分利用可再生資源，生物質的排放。充分利用可再生資源，生物質資源有重要的意義和應用前景。資源有重要的意義和應用前景?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 17第二節(jié) 基本概念和常用術語 環(huán)境催化：環(huán)境催化是指利用催化劑控制環(huán)境不能環(huán)境催化：環(huán)境催化是指利用催化劑控制環(huán)境不能接收的化合物排放的化學過程。同時，它也包括那接收的化合物排放的化學過程。同時，它也包括那些應用催化劑生產少污染的產物以及能減少廢物和些應用催化劑生產少污染的產物以及能減少廢物和無副產污染物的綠色化學新過程。也就是說，應用無副產污染物的綠色化學新過程。也就是說，應用催

22、化劑可以將排放出的污染物轉化成無害物質，或催化劑可以將排放出的污染物轉化成無害物質，或者回收加以重新利用，可以在生產過程中盡可能地者回收加以重新利用，可以在生產過程中盡可能地減少污染物的排放量，以及無污染排放；并且用新減少污染物的排放量，以及無污染排放；并且用新的催化劑工藝制備化學品取代對環(huán)境有害的物質，的催化劑工藝制備化學品取代對環(huán)境有害的物質，從根本上解決環(huán)境污染問題，這些方面催化劑起著從根本上解決環(huán)境污染問題，這些方面催化劑起著關鍵的作用。如關鍵的作用。如SO2和和NOx的催化消除；機動車尾的催化消除；機動車尾氣的催化凈化；工業(yè)有機廢氣的催化治理；室內空氣的催化凈化；工業(yè)有機廢氣的催化治

23、理；室內空氣污染物的催化凈化；水中有機污染物的催化治理；氣污染物的催化凈化；水中有機污染物的催化治理；CO2的回收，固定和再利用；固體廢氣物的資源化的回收，固定和再利用；固體廢氣物的資源化和綜合利用等。和綜合利用等。化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 18第二節(jié) 基本概念和常用術語 四、常用術語四、常用術語1、催化劑活性、催化劑活性廣義的講，催化劑活性是廣義的講，催化劑活性是指催化劑轉化反應物的能力指催化劑轉化反應物的能力，但在不，但在不同情況下，其表達方式是不一致的。通常情況下，人們常以給定條件下同情況下，其表達方式是不一致的。通常情況下，人們常以給定條件下反應物的

24、轉化率來表示。如反應：反應物的轉化率來表示。如反應：若若A的初始量為的初始量為NA0(mol)，反應后剩余的量為，反應后剩余的量為NA(mol)，則反應物，則反應物A的轉化的轉化率（率（XA）為）為假設反應溫度，反應壓力，原料物質濃度，接觸時間等都相同的話，轉假設反應溫度，反應壓力，原料物質濃度，接觸時間等都相同的話，轉化率越高，表明催化劑的活性也越高。因此，這種表達方式比較直觀，化率越高，表明催化劑的活性也越高。因此，這種表達方式比較直觀，但它不能反映出反應速率，因此再催化反應動力學的研究中，常用比活但它不能反映出反應速率，因此再催化反應動力學的研究中，常用比活性來表達催化劑活性。性來表達催

25、化劑活性?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 19B+C%100(%)00AAAANNNX第二節(jié) 基本概念和常用術語 對于固體催化劑，在消除了溫度梯度、濃度梯度的條件下，單位對于固體催化劑，在消除了溫度梯度、濃度梯度的條件下，單位表面積催化劑上的比活性稱為本征活性（表面積催化劑上的比活性稱為本征活性（a），可表示為：），可表示為：式中式中k為本征速率常數(shù)，為本征速率常數(shù)，S為催化劑的表面積。為催化劑的表面積。 沒有消除溫度梯度和濃度梯度的比活性稱為沒有消除溫度梯度和濃度梯度的比活性稱為表觀活性表觀活性（a），可表），可表示為：示為：式中式中 為表觀速率常數(shù)，為表觀速率

26、常數(shù)， 為效率因子。為效率因子。 用速率常數(shù)表達催化劑的活性時物理意義比較明確，并且催用速率常數(shù)表達催化劑的活性時物理意義比較明確，并且催化劑的比活性只取決于它的化學組成和結構，與其表面大小無化劑的比活性只取決于它的化學組成和結構，與其表面大小無關，因此也常常用來篩選催化劑。但速率常數(shù)一般與速率方程關，因此也常常用來篩選催化劑。但速率常數(shù)一般與速率方程有關，并且同一個催化反應可能存在幾個不同形式的速率表達有關，并且同一個催化反應可能存在幾個不同形式的速率表達式，使用時應加以注意。式，使用時應加以注意?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 20/ak s/aksk sak

27、第二節(jié) 基本概念和常用術語 2、選擇性、選擇性 催化劑的選擇性是指催化劑的選擇性是指給定反應物中某一產物的生成量與已轉化給定反應物中某一產物的生成量與已轉化的原料量的比。的原料量的比。如上述反應中產物如上述反應中產物B的選擇性（的選擇性（SB）可以表達為：）可以表達為：式中式中NB（mol）為目標產物）為目標產物 B的生成量。的生成量。u 在計算選擇性應注意，當原料和在計算選擇性應注意，當原料和/ /或產物含量有多個組分時，必或產物含量有多個組分時，必須要說明選擇性的基準。須要說明選擇性的基準?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 21%100(%)0AABBNNNS第

28、二節(jié) 基本概念和常用術語 3、收率、收率 收率是指給定反應產物的生成量和原料中某一組分加入量之收率是指給定反應產物的生成量和原料中某一組分加入量之比。如上述反應中產物比。如上述反應中產物B的收率（的收率（Y）可表示為：）可表示為：此式表明收率是轉化率和選擇性的乘積。一個催化劑只有同時具此式表明收率是轉化率和選擇性的乘積。一個催化劑只有同時具有高轉化率和高選擇性，才具有高的活性。有高轉化率和高選擇性，才具有高的活性。另外，工業(yè)催化劑常以給定條件下另外，工業(yè)催化劑常以給定條件下(溫度，壓力，進了組成，溫度，壓力，進了組成，進料空速均一定進料空速均一定)單位時間內，單位體積或單位質量催化劑所得單位時

29、間內，單位體積或單位質量催化劑所得產物的量。即時空收率來表示。因為時空收率乘上反應器填裝的產物的量。即時空收率來表示。因為時空收率乘上反應器填裝的催化劑體積或質量，就能直接給出單位時間內生產的產物的量，催化劑體積或質量，就能直接給出單位時間內生產的產物的量，或直接給出完成一定的生產任務所需催化劑的體積或質量，所以或直接給出完成一定的生產任務所需催化劑的體積或質量，所以時空收率在生產和設計中使用起來很方便。時空收率在生產和設計中使用起來很方便?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 22BA0(%)100%Y第二節(jié) 基本概念和常用術語 4、空速、空速 空速是指空速是指單位時

30、間內通過單位體積（或質量）單位時間內通過單位體積（或質量）催化劑的物料的體積（或質量）數(shù)催化劑的物料的體積（或質量）數(shù)。當通過催化劑的物料是氣體時，常用當通過催化劑的物料是氣體時，常用GHSV（氣體空速）（氣體空速）表示，單位為表示，單位為 h-1cm3/(cm3. h) 。當通過催化劑的物料是液體時，常用當通過催化劑的物料是液體時，常用WHSV (液時空速液時空速) 表示，單位為表示，單位為 h-1 ml/(ml. h)。化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 23第二節(jié) 基本概念和常用術語 5接觸時間接觸時間 觸時間是觸時間是指單位量的反應物料（體積或質量）指單位量的

31、反應物料（體積或質量）在反應中通過單位量催化劑（體積或質量）所在反應中通過單位量催化劑（體積或質量）所用的時間用的時間。通常接觸時間有兩種計算方法：。通常接觸時間有兩種計算方法： 空速的倒數(shù)空速的倒數(shù) 催化劑床層高度除以反應物料的線速度。催化劑床層高度除以反應物料的線速度?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 24第二節(jié) 基本概念和常用術語 6活性位活性位 活性位光活性位光指催化劑中真正起催化作用的那些部指催化劑中真正起催化作用的那些部位。位。通常也稱為活性中心。通常也稱為活性中心。 催化劑的活性位在不同的催化劑中是不一樣的，它催化劑的活性位在不同的催化劑中是不一樣的，

32、它可以是一個質子；固體表面的不飽和的原子；表面原可以是一個質子；固體表面的不飽和的原子；表面原子簇（子簇（Cluster）；配位絡合物；蛋白質上的膠束囊）；配位絡合物；蛋白質上的膠束囊（Supermolecular pocket）等。在催化反應中，反應）等。在催化反應中，反應物或中間物能吸附在它上面。物或中間物能吸附在它上面。化工資源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 25第二節(jié) 基本概念和常用術語 7、轉換頻率、轉換頻率(Turnover Frequency,TOF) 轉換頻率是轉換頻率是指在給定溫度，壓力，反應物比率，指在給定溫度，壓力，反應物比率，以及一定的反應程度下，

33、單位時間內，單位活以及一定的反應程度下，單位時間內，單位活性位上發(fā)生反應的次數(shù)。性位上發(fā)生反應的次數(shù)。 可見，可見，TOF能準確的反應催化劑的活性。但由于催能準確的反應催化劑的活性。但由于催化劑活性位數(shù)目的測定比較困難，這就使得難以準確化劑活性位數(shù)目的測定比較困難，這就使得難以準確的獲得的獲得TOF。 例如，對于負載金屬催化劑，通常能夠做到的是測例如，對于負載金屬催化劑，通常能夠做到的是測量記算出暴露在表面上的金屬原子數(shù)，然而一個活性量記算出暴露在表面上的金屬原子數(shù)，然而一個活性位聚集的表面原子數(shù)究竟是幾個？表面上又有多少個位聚集的表面原子數(shù)究竟是幾個？表面上又有多少個這個的活性位呢？這些都是

34、較難確定的問題。因此，這個的活性位呢？這些都是較難確定的問題。因此，TOF多用于基礎研究方面多用于基礎研究方面 ?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 26第二節(jié) 基本概念和常用術語 8、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 催化劑穩(wěn)定性催化劑穩(wěn)定性是顯示其活性和選擇性隨時間變化的情況，是顯示其活性和選擇性隨時間變化的情況，通常通常以壽命表示。催化劑在反應條件下操作一定活性和選擇性水平的時間以壽命表示。催化劑在反應條件下操作一定活性和選擇性水平的時間稱為單程壽命；每次性能下降后經再生又恢復到許可水平的累計時間稱為單程壽命；每次性能下降后經再生又恢復到許可水平的累計時間稱為總壽命。催化劑穩(wěn)定性

35、包括熱穩(wěn)定性，抗毒穩(wěn)定性，機械穩(wěn)定性稱為總壽命。催化劑穩(wěn)定性包括熱穩(wěn)定性，抗毒穩(wěn)定性，機械穩(wěn)定性三個方面。三個方面。(1) 熱穩(wěn)定性：一種良好的催化劑，應能在高溫苛刻的反應條件下長期具有一熱穩(wěn)定性：一種良好的催化劑，應能在高溫苛刻的反應條件下長期具有一定水平的活性。然而大多數(shù)催化劑都有有效使用溫度，超過一定的范圍就會定水平的活性。然而大多數(shù)催化劑都有有效使用溫度，超過一定的范圍就會降低甚至完全喪失活性。影響使用壽命。溫度對催化劑的影響是多方面的，降低甚至完全喪失活性。影響使用壽命。溫度對催化劑的影響是多方面的，它可能使活性組分揮發(fā)，流失，負載活性組分燒結或微晶粒長大等。結果使它可能使活性組分揮

36、發(fā)，流失，負載活性組分燒結或微晶粒長大等。結果使得比表面積、活性晶面或活性位點減少而導致失活。溫度影響大致有這樣的得比表面積、活性晶面或活性位點減少而導致失活。溫度影響大致有這樣的規(guī)律：當溫度為（規(guī)律：當溫度為（Tm：熔點的絕對溫度，即：熔點的絕對溫度，即Tammann溫度）時，開始發(fā)生晶溫度）時，開始發(fā)生晶格表面質點的遷移；當溫度為時，開始發(fā)生晶格體相內的指點遷移。格表面質點的遷移；當溫度為時，開始發(fā)生晶格體相內的指點遷移。 催化劑的耐熱穩(wěn)定性是從使用溫度開始逐漸升溫，看它能夠忍受多高的溫催化劑的耐熱穩(wěn)定性是從使用溫度開始逐漸升溫，看它能夠忍受多高的溫度和維持多長的時間而失活性不變，耐熱溫度

37、越高，時間越長，則催化劑的度和維持多長的時間而失活性不變，耐熱溫度越高，時間越長，則催化劑的壽命越長。壽命越長?；べY源有效利用國家重點實驗室化工資源有效利用國家重點實驗室 27 第二節(jié) 基本概念和常用術語 (2) 抗毒穩(wěn)定性：抗毒穩(wěn)定性： 由于有毒雜質（常稱為毒物）對催化劑的毒化作用，使催化劑活性，由于有毒雜質（常稱為毒物）對催化劑的毒化作用，使催化劑活性，選擇性活穩(wěn)定性降低的顯現(xiàn)成為催化劑中毒。催化劑對有毒害雜質毒選擇性活穩(wěn)定性降低的顯現(xiàn)成為催化劑中毒。催化劑對有毒害雜質毒化的抗抵制能力稱為催化劑的抗毒穩(wěn)定性。催化劑的毒物通常是一些化的抗抵制能力稱為催化劑的抗毒穩(wěn)定性。催化劑的毒物通常是一些含硫、磷、砷化合物、鹵素化合物、重金屬化合物等。含硫、磷、砷化合物、鹵素化合物、重金屬化合物等。 它們對催化劑的中毒主要是比較容易吸附再催化劑的活性中心上，它們對催化劑的中毒主要是比較容易吸附再催化劑的活性中心上，并且不容易脫附出來。一般中毒過程可分為暫時性可逆中毒和永久性并且不容易脫附出來。一般中毒過程可分為暫時性可逆中毒和永久性不可逆中毒，可逆中毒可以通過再生處理而恢復活性，不可逆中毒則不可逆中毒，可逆中毒可以通過再生處理