催化劑與人類能源

1、催化劑與人類能源應(yīng)化1211何謂催化劑催化劑又稱觸媒，在初中階段的定義是能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)在參加化學(xué)反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。例如二氧化錳可以作為過氧化氫（雙氧水）分解的催化劑。催化劑分為和正催化劑逆催化劑，正催化劑有助于反應(yīng)向正方向移動(dòng)，逆催化劑有助于反應(yīng)向逆方向移動(dòng)。 2基本用途 在化工生產(chǎn)、科學(xué)家實(shí)驗(yàn)和生命活動(dòng)中，催化劑都大顯身手。例如，硫酸生產(chǎn)中要用五氧化二釩作催化劑。由氮?dú)飧鷼錃夂铣砂睔?，要用以鐵為主的多分組催化劑，提高反應(yīng)速率。在煉油廠，催化劑更是少不了，選用不同的催化劑，就可以得到不同品質(zhì)的汽油、煤油。化工合成酸性和堿性色可賽思催化劑。車尾氣中含有害的

2、一氧化碳和一氧化氮，利用鉑等金屬作催化劑可以迅速將二者轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳和氮?dú)?。酶是植物、?dòng)物和微生物產(chǎn)生的具有催化能力的蛋白質(zhì)，生物體的化學(xué)反應(yīng)幾乎都在酶的催化作用下進(jìn)行，釀造業(yè)、制藥業(yè)等都要用催化劑催作。 3實(shí)例介紹氧化催化劑石油化工制造含氧產(chǎn)品的過程絕大多數(shù)為選擇性氧化過程。選擇性氧化產(chǎn)品占有機(jī)化工產(chǎn)品總量的80%； 所用的催化劑首先要求有高催化選擇性。選擇性氧化催化劑可分為氣固相氧化催化劑和液相氧化催化劑。（見催化劑選擇性）實(shí)例介紹4氣固相氧化催化劑主要有乙烯氧化制環(huán)氧乙烷用的銀催化劑，以碳化硅或 氧化鋁為載體（加少量氧化鋇為助催化劑）。經(jīng)過對催化劑和工藝條件的不斷改進(jìn)，以乙烯計(jì)的重

3、量收率已超過100%。以釩-鈦系氧化物為活性組分， 噴涂于碳化硅或剛玉上制成的催化劑，用于從鄰二甲苯氧化制鄰苯二甲酸酐。釩鉬系氧化物活性組分噴涂于剛玉上制成的催化劑，用于苯或丁烷氧化制順丁烯二酸酐。這類催化劑的改進(jìn)是向多組分發(fā)展，已有八組分催化劑的出現(xiàn)。載體的形狀也由球形改為環(huán)形、半圓形 等以利傳熱?？偟内厔菔亲非蟾哓?fù)荷、高收率和產(chǎn)品的高純度。醇氧化成醛或酮，如甲醇氧化成甲醛用的 銀-浮石（或氧化鋁）、氧化鐵-氧化鉬及電解銀催化劑。氨化氧化催化劑，20世紀(jì)60年代開發(fā)了以鉍-鉬-磷系復(fù)合氧化物催化組分載于氧化硅上的催化 劑，在此催化劑上通入丙烯、氨、空氣，可一步合成丙烯腈。為了提高選擇性和收率

4、，減少環(huán)境污染，各國均對催化劑不斷改進(jìn)，有的新催化劑所含元素可達(dá)15種。氧氯化催化 劑，60年代開發(fā)了氯化銅氧化鋁催化劑，在沸騰床反應(yīng)器中通乙烯、氯化氫和空氣或氧可得二氯乙烷。二氯乙烷經(jīng)熱裂解得氯乙烯單體。此法對在電力昂貴而石油化工發(fā)達(dá)的地區(qū)發(fā)展聚氯乙烯很有利。5液相氧化催化劑主要有：乙烯、丙烯氧化制乙醛、丙酮（瓦克法），用含少量氯化鈀的氯化銅溶液催化劑，通入烯烴、空氣或氧氣，經(jīng)一步或二步反應(yīng)后得到所需含氧化合物。缺點(diǎn)是對反應(yīng)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。芳烴側(cè)鏈氧化為芳基酸用的催化劑，如對二甲苯在醋酸溶液中加醋酸鈷及少量溴化銨加熱，通空氣氧化生產(chǎn)對苯二甲酸，但對反應(yīng)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。6加氫催化劑加氫催化劑除用于

5、產(chǎn)品生產(chǎn)過程， 也廣泛用于原料和產(chǎn)品的精制過程。根據(jù)加氫情況的不同分為三類：選擇性加氫催化劑，如石油烴裂解所得乙烯、丙烯用作聚合原料時(shí)，須先經(jīng)選擇加氫，除去 炔、雙烯、一氧化碳、二氧化碳、氧等微量雜質(zhì)，而對烯沒有損耗。所用催化劑一般是鈀、鉑或鎳、鈷、鉬等載于氧化鋁上?？刂苹钚晕镔|(zhì)的用量、載體和催化劑的制造方法，可得不同性能的選擇加氫催化劑。其他如裂解汽油的精制、硝基苯加氫還原為苯胺，也 用選擇加氫催化劑。非選擇性加氫催化劑，即深度加氫成飽和化合物用的催化劑。如苯加氫制環(huán)己烷用的鎳氧化鋁催化劑，苯酚加氫制環(huán)己醇、已二腈加氫制己二胺用的骨架鎳催化劑。氫解催化劑，如用亞鉻酸銅催化劑使油脂加氫氫解生產(chǎn)

6、高級醇等。7脫氫催化劑如氧化鐵氧化鉻氧化鉀可使乙苯（或正丁烯）在高溫及大量水蒸氣存在下脫氫成苯乙烯（或丁二烯）。由于脫氫一般需在高溫、減壓或大量稀釋劑存在下進(jìn)行，能量消耗大。近年來，發(fā)展了在較低溫度下進(jìn)行 氧化脫氫催化技術(shù)。如正丁烯用鉍鉬系金屬氧化物催化劑經(jīng)氧化脫氫制得丁二烯。8氫甲?；呋瘎┦枪I(yè)生產(chǎn)中最早應(yīng)用的絡(luò)合催化劑。用烯烴與合成氣 (CO+H2)在催化劑存在下反應(yīng)生成多一個(gè)碳原子的醛。如 用乙烯、丙烯為原料經(jīng)氫甲酰化（即通稱的羰基合成）制得丙醛、丁醛。氫甲酰化過程過去用羰基鈷絡(luò)合物為催化劑，在液相高溫高壓下進(jìn)行。近年來，用羰基銠膦絡(luò)合物催化劑，反應(yīng)壓力由原來的20MPa降到5MPa，而且提高了正構(gòu)醛的選擇性,節(jié)省了能量，降低了成本。目前，在研究銠的回收方法及尋找代替銠的其他價(jià) 廉易得的高效催化劑，并研究負(fù)載型絡(luò)合催化劑，以簡化分離工藝。9聚合催化劑聚乙烯主要分為低密度和高密度兩種。過去，前 者多用高壓法(100300MPa)生產(chǎn),以氧、有機(jī)過氧化物為催化劑。后者多用中壓法或低壓法生產(chǎn)，中壓法以載于硅鋁膠上的鉻-氧化鉬等為催化劑,低 壓法則用齊格勒型催化劑(以四氯化鈦和三乙基鋁體系為代表)，在低溫低壓下聚合。近年來開發(fā)了新型高效催化劑，雖各廠有其獨(dú)特的新催化劑，但多用以鎂化合 物為載體的鈦鋁體系催化劑，目前已達(dá)到每克鈦可制得數(shù)十萬克以上聚乙烯的水平，由于聚合