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文檔簡(jiǎn)介
工業(yè)催化過(guò)程導(dǎo)論第一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日1第一講
本人簡(jiǎn)介
緒論催化劑與催化作用基本知識(shí)催化劑的表面吸附和孔內(nèi)擴(kuò)散第二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日2本人簡(jiǎn)介:學(xué)歷1986.9
-1990.71990.9
-1993.3
浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程系
工業(yè)分析專業(yè)本科上海工業(yè)大學(xué)(現(xiàn)上海大學(xué))
化學(xué)化工系應(yīng)用化學(xué)專業(yè)
碩士研究生華東理工大學(xué)化學(xué)與制藥學(xué)院(現(xiàn)化學(xué)與分子工程學(xué)院)
工業(yè)催化專業(yè)博士研究生第三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日3
本人簡(jiǎn)介:工作經(jīng)歷1993.4-
2005.10:2005.11-2009.1-2009.7:中國(guó)石化上海石油化工研究院助理工程師/工程師/高級(jí)工程師上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程系(現(xiàn)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院)教授碩士研究生指導(dǎo)老師《工業(yè)催化》碩士點(diǎn)負(fù)責(zé)人美國(guó)Clemson大學(xué)化學(xué)工程系高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者第四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日4辦公室:第三學(xué)科樓C-312室聯(lián)系電話:60877221(O)
二甲醚)煤:間接液化制液體燃料生物質(zhì):燃料催化劑的作用第九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日9手性催化與制藥工業(yè)多巴(dopa):左旋→治療帕金森的藥物右旋→毒物Mansanto公司三位科學(xué)家采用不對(duì)稱膦配體的Ru絡(luò)合物催化劑,合成左旋體>95%的產(chǎn)物,并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
獲2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
催化劑的作用第十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日10課程主要內(nèi)容基本原理:催化劑與催化作用表面吸附與孔內(nèi)擴(kuò)散各類催化劑及其作用:
酸堿/金屬/氧(硫)化物/絡(luò)合催化劑催化劑的制備與使用環(huán)境保護(hù)催化工業(yè)催化劑的活性評(píng)價(jià)與物性的表征第十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日11主要參考書(shū)《工業(yè)催化劑手冊(cè)》黃仲濤主編化學(xué)工業(yè)出版社《工業(yè)催化》黃仲濤主編化學(xué)工業(yè)出版社《工業(yè)應(yīng)用催化劑》金杏妹編著華東理工大學(xué)出版社《催化劑工程導(dǎo)論》王尚弟孫俊全化學(xué)工業(yè)出版社《催化劑工程》儲(chǔ)偉主編四川大學(xué)出版社《催化科學(xué)導(dǎo)論》廖代偉編著化學(xué)工業(yè)出版社《催化作用基礎(chǔ)》甄開(kāi)吉等編科學(xué)出版社第十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日12催化期刊英文JournalofCatalysis(IF>6)AdvancedSynthesis&Catalysis(IF>6)AppliedCatalysisA:General;B:Environmental
JournalofMolecularCatalysisA:Chemical;B:EnzymaticCatalysisCommunication CatalysisLettersCatalysisToday TopicsinCatalysisReactionKinetics,MechanismsandCatalysisKinetics&Catalysis(ReactionKineticsandCatalysisLetters)StudiesinSurfaceScienceandCatalysis第十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日13催化期刊英文AngewChemIntEdit(IF>13)JAmChemSoc(IF>9)ChemCommun(IF>6)ChemLettJPhysChemCChemMater(IF>7)JMaterChem(IF>5)第十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日14催化期刊中文催化學(xué)報(bào)分子催化工業(yè)催化
化學(xué)學(xué)報(bào)
高等學(xué)?;瘜W(xué)學(xué)報(bào)
物理化學(xué)學(xué)報(bào)
燃料化學(xué)學(xué)報(bào)
化工學(xué)報(bào)
高?;瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)
石油學(xué)報(bào)(石油加工)
精細(xì)化工石油化工天然氣化工第十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日151催化劑與催化作用基本知識(shí)1.1催化劑的定義與特征1.2催化劑及催化反應(yīng)的分類1.3固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)1.4催化劑的反應(yīng)性能及對(duì)工業(yè)催 化劑的要求1.5
多相催化反應(yīng)體系的分析第十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日16
1.1
催化劑的定義與特征催化劑的定義能改變化學(xué)反應(yīng)的速度
不改變化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡位置本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗催化作用:指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)催化劑的定義能改變化學(xué)反應(yīng)的速度
不改變化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡位置本身在化學(xué)反應(yīng)中不被明顯地消耗催化作用:指催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)第十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日17
1.1
催化劑的定義與特征催化劑的特征只能加速熱力學(xué)上可進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)只改變化學(xué)反應(yīng)的速度,而不改變化學(xué)平衡的位置。
ΔG=-RTInKp
化學(xué)平衡常數(shù)Kp的大小取決于反應(yīng)溫度T和ΔG,而ΔG是狀態(tài)函數(shù),與過(guò)程無(wú)關(guān)。第十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日18催化劑的特征對(duì)于可逆反應(yīng),由于
K平=k正/k逆能加速正反應(yīng)速度的催化劑也能同樣程度地加速逆反應(yīng)的速度
上述特征可用于催化劑的初步篩選 如對(duì)于合成甲醇、合成氨等的正反應(yīng),都需要高壓設(shè)備,很不方便,因此,可采用常壓下的逆反應(yīng)來(lái)初步篩選催化劑。第十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日19催化劑的特征催化劑參與化學(xué)反應(yīng):通過(guò)改變反應(yīng)歷程、降低活化能而改變反應(yīng)速度(催化作用機(jī)理)能加快化學(xué)反應(yīng)的速度,也能減慢化學(xué)反應(yīng)的速度第二十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日20催化劑的特征催化劑對(duì)反應(yīng)的類型、方向及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)具有選擇性一種催化劑只對(duì)特定的化學(xué)反應(yīng)起催化作用 如SiO2-Al2O3催化劑對(duì)酸堿反應(yīng)具有催化作用,但對(duì)合成氨反應(yīng)卻無(wú)效利用不同的催化劑,可以使反應(yīng)有選擇性地朝某一個(gè)需要的方向進(jìn)行,生產(chǎn)所需的產(chǎn)品。
實(shí)例第二十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日21
1.2
催化反應(yīng)和催化劑的分類催化反應(yīng)的分類
按反應(yīng)系統(tǒng)物相的均一性均相:催化劑與反應(yīng)物形成均一相非均相(多相):催化劑與反應(yīng)物處于不同相酶:酶本身是液體均勻分散在水溶液中(均相),但反應(yīng)卻從反應(yīng)物在其表面上的積聚開(kāi)始(多相),因此同時(shí)具有均相和多相的性質(zhì)。第二十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日22催化反應(yīng)的分類按反應(yīng)類型加氫脫氫氧化聚合裂解等優(yōu)點(diǎn):便于比較同類型反應(yīng)的特點(diǎn)Ni催化劑:烯烴/苯加氫V2O5催化劑:苯/鄰二甲苯氧化第二十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日23催化反應(yīng)的分類按反應(yīng)機(jī)理酸堿型反應(yīng):催化劑與反應(yīng)物通過(guò)電子對(duì)的接受而配位,或發(fā)生強(qiáng)烈極化,形成離子型活性中間體物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。氧化還原型反應(yīng):催化劑與反應(yīng)物通過(guò)單個(gè)電子轉(zhuǎn)移,形成活性中間體物種進(jìn)行的催化反應(yīng)。第二十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日24催化劑的分類按催化劑的元素及化合態(tài)分類金屬、金屬氧(硫)化物、金屬有機(jī)化合物按催化劑的導(dǎo)電性及化學(xué)形態(tài)導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體按行業(yè)類別分類石油煉制工業(yè)、化肥工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等第二十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日25
1.3固體催化劑的組成與結(jié)構(gòu)固體催化劑的組成固體催化劑是工業(yè)催化過(guò)程中最普遍的一類 催化劑按組分的多少分成單組分(元)和多組分(元)催化劑
單組分催化劑:氨氧化制硝酸的鉑催化劑 多組分催化劑:主催化劑、助催化劑和載體第二十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日26固體催化劑的組成主催化劑(活性組分)
沒(méi)有它就沒(méi)有所需要的催化作用 如:加氫催化劑Ni/Al2O3中的Ni
合成氨催化劑Fe-Al2O3-K2O中的Fe
共催化劑
和主催化劑同時(shí)起催化作用的組分第二十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日27固體催化劑的組成助催化劑
本身沒(méi)有活性或者活性很小可以忽略,但卻能顯著改善催化劑的性能(活性、選擇性和穩(wěn)定性)。第二十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日28助催化劑的分類及其作用結(jié)構(gòu)型助催化劑電子(調(diào)變)型助催化劑擴(kuò)散型助催化劑(致孔劑)毒化型助催化劑第二十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日29結(jié)構(gòu)型助催化劑提高活性組分的分散度,從而提高其催化活性。
(如合成甲醇Cu-ZnO-Al2O3催化劑中的Al2O3,提高了Cu的比表面積,從而提高其反應(yīng)活性。)增加催化劑活性組分微晶的穩(wěn)定性,延長(zhǎng)催化劑的壽命。(如合成氨催化劑中的Al2O3,與活性組分Fe形成了固溶體,有效阻止了Fe的燒結(jié),從而大大延長(zhǎng)催化劑的壽命:幾小時(shí)→幾年。)第三十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日電子(調(diào)變)型助催化劑
改變催化劑活性組分的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性,提高催化劑的性能。(如合成氨催化劑中的K2O,可使Fe催化劑的逸出功降低,從而提高其催化活性。)
第三十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日31擴(kuò)散型助催化劑改變催化劑的孔結(jié)構(gòu),改善催化劑的擴(kuò)散性能。 如:礦物油、淀粉或有機(jī)高分子(致孔劑)第三十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日32毒化型助催化劑毒化有害的活性中心,消除其所造成的副反應(yīng),從而提高目的產(chǎn)物的選擇性和催化劑的穩(wěn)定性。如酸催化劑中加入堿性物質(zhì),毒化引起積炭副反應(yīng)的強(qiáng)酸中心,減少積炭的生成。第三十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日33載體的作用
分散作用
穩(wěn)定化作用
支撐作用
傳熱和稀釋作用
助催化作用第三十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日34常用的載體 低比表面積載體對(duì)催化劑的活性影響很小,但熱穩(wěn)定性高,常用于高溫反應(yīng)和強(qiáng)放熱反應(yīng)。如乙烯氧化制環(huán)氧乙烷銀催化劑中的α-Al2O3。高比表面積載體因具有酸性或堿性,會(huì)影響催化劑的性能。如SiO2、Al2O3、活性炭、分子篩等。第三十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日35常用的載體載體比表面積(m2/g)剛玉0~1碳化硅<1硅藻土2~30石棉1~16耐火磚<1載體比表面積(m2/g)氧化鋁100~200硅膠400~800活性炭900~1200白土150~280SiO2-Al2O3350~600低比表面積載體高比表面積載體第三十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日361.3.2催化劑的結(jié)構(gòu) 分散度 化合態(tài)
物相
均勻度第三十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日37
1.4催化劑的反應(yīng)性能及要求1.4.1催化劑的反應(yīng)性能
1.4.2對(duì)工業(yè)催化劑的要求
第三十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日38
1.4.1催化劑的反應(yīng)性能活性:指催化劑對(duì)反應(yīng)加速的程度選擇性:指所消耗的原料中轉(zhuǎn)化成目 的產(chǎn)物的分率穩(wěn)定性:指催化劑在使用條件下具有
穩(wěn)定活性的時(shí)間第三十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日39(1)催化劑的活性活性的表示方法:反應(yīng)速率反應(yīng)速率常數(shù)轉(zhuǎn)化率第四十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日40反應(yīng)速率:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi),單位質(zhì)量(體積、表面積)催化劑上反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化量或產(chǎn)物的生成量。rm、rv、rs轉(zhuǎn)換頻率(Turnoverfrequency,TOF):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)。催化劑活性的表示方法第四十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日41催化劑活性的表示方法式中W―反應(yīng)器中催化劑的填充質(zhì)量
dnA-反應(yīng)物在dt時(shí)間內(nèi)減少的物質(zhì)的量
dnp-反應(yīng)產(chǎn)物在dt時(shí)間內(nèi)增加的物質(zhì)的量第四十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日42時(shí)空收率:每小時(shí)每升或每公斤催化 劑所得到的產(chǎn)物量。單程收率總收率催化劑活性的表示方法第四十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日43反應(yīng)速率常數(shù)kc=r/f(c)kp=r/f(p)催化劑活性的表示方法第四十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日44轉(zhuǎn)化率CA=反應(yīng)物A轉(zhuǎn)化掉的量/流經(jīng)催化劑床層反 應(yīng)物A的總量×100%可用完成一定轉(zhuǎn)化率所需的反應(yīng)溫度的高低來(lái)比較:反應(yīng)溫度越低,活性越高。還可用完成一定轉(zhuǎn)化率所需的空速來(lái)比較:空速越高活性越好。催化劑活性的表示方法第四十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日45空速(Spacevelocity):?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi),單位質(zhì)量或體積催化劑所能處理的反應(yīng)物量。
空速越大,表明催化劑的處理能力越強(qiáng)。
空速的倒數(shù)為接觸時(shí)間重時(shí)空速(weighthourlyspacevelocity,WHSV)液時(shí)空速(liquidhourlyspacevelocity,LHSV)氣時(shí)空速(gashourlyspacevelocity,GHSV)空速第四十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日46選擇性=轉(zhuǎn)化成目的產(chǎn)物的原料量/總轉(zhuǎn)化 掉的原料量×100%選擇性=目的產(chǎn)物的產(chǎn)率/原料的轉(zhuǎn)化率×100%產(chǎn)率:指消耗于生成目的產(chǎn)物的反應(yīng)物量與反應(yīng) 物進(jìn)料總量的百分比產(chǎn)率=轉(zhuǎn)化率×選擇性(2)催化劑的選擇性第四十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日47
B(目的產(chǎn)物)A
C(副產(chǎn)物)選擇性因素(選擇度)
S=k1/k2催化劑的選擇性k1k2第四十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日48(3)催化劑的穩(wěn)定性使用壽命:指催化劑在一定反應(yīng)條件下 維持一定反應(yīng)活性和選擇 性的使用時(shí)間。單程壽命總壽命第四十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日49(3)催化劑的穩(wěn)定性(3)催化劑的穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷的時(shí)間ab催化劑活性成熟期穩(wěn)定期衰老期催化劑活性隨時(shí)間變化的曲線圖第五十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日50
催化劑活性運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)歷的時(shí)間催化劑壽命催化劑再生催化劑再生催化劑再生催化劑再生、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間與壽命的關(guān)系(3)催化劑的穩(wěn)定性第五十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日51
化學(xué)穩(wěn)定性
耐熱穩(wěn)定性抗毒穩(wěn)定性
機(jī)械穩(wěn)定性(3)催化劑的穩(wěn)定性第五十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日52
1.4.2對(duì)工業(yè)催化劑的要求適宜的活性高選擇性
活性和選擇性的取舍?長(zhǎng)壽命第五十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日53
1.5多相催化反應(yīng)體系的分析1.5.1多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟1.5.2多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程1.5.3多相催化反應(yīng)中的化學(xué)過(guò)程1.5.4多相催化反應(yīng)的控制步驟第五十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日54多相催化反應(yīng)過(guò)程步驟示意圖第五十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日55
1.5.1多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟反應(yīng)步驟(1)反應(yīng)物分子從氣流中向催化劑表面和孔內(nèi)擴(kuò)散;(2)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?chē)慕橘|(zhì)擴(kuò)散。第五十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日56
1.5.1多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟物理過(guò)程外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散化學(xué)過(guò)程反應(yīng)物的吸附表面反應(yīng)產(chǎn)物的脫附第五十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日571.5.2多相催化反應(yīng)中的物理過(guò)程外擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散擴(kuò)散控制過(guò)程的判斷與消除第五十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日581.5.3多相催化反應(yīng)中的化學(xué)過(guò)程反應(yīng)物分子與催化劑活性中心的結(jié)合必須適中。太強(qiáng):使催化劑中毒或失活,不易進(jìn)行后續(xù)反應(yīng),產(chǎn)物脫附困難。太弱:反應(yīng)物分子的化學(xué)鍵不易斷裂,不足以活化反應(yīng)物分子進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)物的化學(xué)吸附表面化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的脫附第五十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日591.5.4多相催化反應(yīng)的控制步驟反應(yīng)控制步驟:催化反應(yīng)過(guò)程中阻力最大或反應(yīng)速度最慢的步驟。擴(kuò)散控制化學(xué)反應(yīng)(動(dòng)力學(xué))控制第六十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日60
2催化劑的表面吸附和孔內(nèi)擴(kuò)散2.1
物理吸附與化學(xué)吸附2.2
化學(xué)吸附的類型和吸附態(tài)2.3
吸附平衡與等溫方程2.4催化劑的表面積及其測(cè)定2.5
催化劑的孔結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)擴(kuò)散第六十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日61
2.1
物理吸附與化學(xué)吸附吸附現(xiàn)象
固體表面上氣體的濃度高于氣相主體濃度吸附過(guò)程
固體表面上氣體濃度隨時(shí)間增加而增大的過(guò)程脫附過(guò)程
固體表面上氣體濃度隨時(shí)間增加而減小的過(guò)程第六十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日62
2.1
物理吸附與化學(xué)吸附吸附平衡
吸附過(guò)程的速率與脫附過(guò)程的速率相等,固體表面上氣體濃度不隨時(shí)間而改變。等溫吸附在恒定溫度下進(jìn)行的吸附過(guò)程等壓吸附在恒定壓力下進(jìn)行的吸附過(guò)程第六十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日63
2.1
物理吸附與化學(xué)吸附吸附劑 吸附氣體的固體物質(zhì)吸附質(zhì) 被吸附的氣體吸附態(tài) 吸附質(zhì)在吸附劑表面吸附后的狀態(tài)吸附位 吸附所發(fā)生的位置第六十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日64
2.1
物理吸附與化學(xué)吸附物理吸附分子間作用力(即范德華力)化學(xué)吸附化學(xué)鍵力(靜電力或共價(jià)鍵力)物理吸附與化學(xué)吸附的特性比較第六十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日65
2.2
化學(xué)吸附的類型和吸附態(tài)化學(xué)吸附的類型根據(jù)吸附時(shí)是否需要外加能量可分為
活化吸附與非活化吸附按表面活性中心能量分布的均一性可分為
均勻吸附與非均勻吸附按吸附時(shí)分子化學(xué)鍵斷裂情況可分為
解離吸附與締合吸附第六十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日66
2.2
化學(xué)吸附的類型和吸附態(tài)吸附態(tài)
在金屬表面上的吸附態(tài)
H2+M-M
在金屬氧化物表面上的吸附態(tài)
H2+Zn2+O2-
HHM-MHHM-M或H-H+Zn2+┅O2-┆
┆
均裂異裂第六十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日67
2.3
吸附平衡與等溫方程2.3.1等溫吸附線2.3.2等溫方程
第六十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日68
2.3.1等溫吸附線吸附曲線
對(duì)于一定的吸附劑與吸附質(zhì)的體系,達(dá)到吸附平衡時(shí),吸附量是溫度和吸附質(zhì)壓力的函數(shù),即:(a)T=常數(shù),q=f(p),得吸附等溫線。(b)p=常數(shù),q=f(T),得吸附等壓線。(c)q=常數(shù),p=f(T),得吸附等量線。第六十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日69
2.3.1等溫吸附線(Ⅰ)在2.5nm以下微孔吸附劑上的吸附等溫線屬于這種類型。例如78K時(shí)N2在活性炭上的吸附及水和苯蒸汽在分子篩上的吸附。Vp0T1T2T3第七十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日
2.3.1等溫吸附線(Ⅱ)常稱為S型等溫線。吸附劑孔徑大小不一,發(fā)生多分子層吸附。在比壓接近1時(shí),發(fā)生毛細(xì)管和孔凝現(xiàn)象。第七十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日71
2.3.1等溫吸附線(Ⅲ)這種類型較少見(jiàn)。當(dāng)吸附劑和吸附質(zhì)相互作用很弱時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種等溫線,如352K時(shí),Br2在硅膠上的吸附。第七十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日72
2.3.1等溫吸附線(Ⅳ)多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí),有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如在323K時(shí),苯在氧化鐵凝膠上的吸附。第七十三頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日73
2.3.1等溫吸附線(Ⅴ)發(fā)生多分子層吸附,有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。例如373K時(shí),水汽在活性炭上的吸附。第七十四頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日74
等溫方程Langmuir等溫方程Freundlich等溫方程ΤěM?ΗИ等溫方程BET等溫方程第七十五頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日75比表面積Sg:每克催化劑的總面積(m2/g)
2.4
催化劑的表面積及其測(cè)定表面積測(cè)定的作用表面積越大,催化劑的活性越高研究和判斷催化劑的失活機(jī)理和特性估計(jì)催化劑載體與助催化劑的作用第七十六頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日76以p/V(ps-p)對(duì)p/ps作圖,得到一直線,其斜率為(C-1)/(CVm),截距為1/(CVm),可求得Vm,即
2.4
催化劑的表面積及其測(cè)定BET法測(cè)定比表面積第七十七頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日77根據(jù)Vm可求得比表面積SBET=VmNAAm/VV為摩爾體積(22.4×103
cm3)NA為阿佛加德羅常數(shù)Am為一個(gè)吸附分子的橫截面積,對(duì)N2為0.162nm2
2.4
催化劑的表面積及其測(cè)定第七十八頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日78測(cè)定表面積的實(shí)驗(yàn)方法低溫氮吸附容量法重量法色譜法
2.4
催化劑的表面積及其測(cè)定第七十九頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日79
2.5
催化劑的孔結(jié)構(gòu)與孔內(nèi)擴(kuò)散
催化劑的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)2.5.2
催化劑的孔內(nèi)擴(kuò)散第八十頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日80
催化劑的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)密度比孔容(積)孔隙率平均孔半徑孔徑分布第八十一頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日81(1)密度密度:?jiǎn)挝惑w積內(nèi)催化劑的質(zhì)量 ρ=m/V表觀(堆積)體積:V堆=V隙+V孔+V真第八十二頁(yè),共九十一頁(yè),2022年,8月28日82(1
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