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工业催化基础10

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(完整word版)工业催化试卷及答案

(完整word版)工业催化试卷及答案

31．简述X型分子筛的主要结构。
骨架：β笼中的四个六元环联结而成
形态：金刚石型结构（属立方晶系）
主晶穴：β笼和六方棱柱围成。孔道8～9Å最大孔径为12元环
32．简述用沉淀法制备催化剂时老化的作用。
发生晶型完善及晶型转变，使晶型沉淀形成均匀晶粒或减少非晶型沉淀中杂志的浓度形成稳定晶粒
33．简述沸石分
22．有机物的乙酰化要用L酸位催化。（t）
23．X型和Y型分子筛的结构是一样的。（f）
24．择形催化是分子筛的主要特征。（t）
25．金属的禁带宽度很大。（f）
（）
四、名词解释（每小题4分，共20分）
26．催化剂
凡能加速化学反应趋向平衡，而在反应前后其化学组成和数量不发生变化的物质。
40.按参考文献标准格式列出本文出处。
一、单项选择题（每小题1分，共10分）
1．为催化剂提供有效的表面和适宜孔结构的是（）
A．活性组分B．载体
C．助剂D．助催化剂
2．BET等温式属于五种吸附等温线中的类型（）
A． B． C． D．
3．能给出质子的称为（）
A．B酸B．B碱
C．L酸D．L碱
4．工业上氧化乙烯制环氧乙烷的催化剂是（）
A．Cu/γ-Al2O3B．Ag/α-Al2O3
C．Ag/γ-Al2O3D．Ni/γ-Al2O3
5．所有金属催化剂几乎都是过渡金属，主要是因为它们______（）
A．易失去电子B．易得到电子
C．易强烈吸附反应物D．有着d电子结构
6．X型分子筛最大孔径约为（）
A．0.4nm B．0.6nm
C．0.7nmD．0.8nm
7．金属在载体上的细微程度用（）
27．超强酸
是一种酸性比100%硫酸还强的酸。H。＜－11.9
江苏自考27061催化作用基础2009.10

江苏自考27061催化作用基础2009.10

C 030·27061 催化作用基础试卷 第1页（共6页）
2009年10月江苏省高等教育自学考试
27061 催化作用基础
一、单项选择题（每小题1分，共20分）
在下列每小题的四个备选答案中选出一个正确的答案，并将其字母标号填入题干的括号内。

1．主族元素的单质由于只具有不大的电负性，反应性较大，故本身( ) A ．很少被用作催化剂 B ．很多被用作催化剂 C ．不被用作催化剂 D ．一定被用作催化剂 2．载体在催化剂中含量( ) A ．较少 B ．较高 C ．固定不变 D ．适中 3．没有主催化剂，( ) A ．不存在催化作用 B ．也存在催化作用 C ．不发生反应 D ．反应速度很快 4．像金属或金属氧化物一类简单的固体，如果它们是以细小的结晶形式存在，尤其是在温度超过它们熔点一半时，( )
A ．特别容易烧结
B ．特别难以烧结
C ．特别容易燃烧
D ．特别难以燃烧 5．转化率和和选择性有如下关系：Y ＝X ( ) A ．＋S B ．－S C ．×S D ．÷S 6．单程收率有时也称( ) A ．选择性 B ．转化率 C ．得率 D ．寿命 7．对于强的放热反应，为避免出现热点，并保持各部分恒温，有时需用固体粒子稀释催化剂，它们必须是惰性、( ) A ．大热容的 B ．小热容的 C ．大颗粒的 D ．小颗粒的 8．反应管直径和催化剂颗粒直径之比应大于( ) A ．2 B ．4 C ．6 D ．8 9．容量法测定比表面是测量已知量的气体在吸附前后体积之( ) A ．和 B ．差 C ．积 D ．商
10．一般而言，催化剂组分中重金属含量越高，则密度( )
A ．越大
B ．越小
C ．不变
D ．为零。

《工业催化基础》课件(2011)-407811

《工业催化基础》课件(2011)-407811

以石脑油或天然气为原料的工艺流程如下：
化工资源有效利用国家重点实验室
7
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第二节 合成氨工艺流程和操作条件
石脑油 天然气
中
催 塔
一二 段段 转转 化化
变 换 低
氧 化 碳 吸 收
甲 烷 化
合 成 塔
温
塔
变
换
空气
化工资源有效利用国家重点实验室
NH3
8
8
第二节 合成氨工艺流程和操作条件
化工资源有效利用国家重点实验室
13
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第三节 催化过程
四、甲烷化过程
成塔低时变必后须,脱原除料, 中过微去量用的铜C氨O液和吸CO收2,
(< 0.5%) 进合 现用催化加氢
脱除.
1、反应：
CO + 3H2 → C H4 + H2O CO2 + 4H2 → C H4 + 2H2O
2、催化剂: Ni 是有效的催化剂, 活性大小顺序如下: Ni
的金属簇催化理论。
化工资源有效利用国家重点实验室
6
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第二节 合成氨工艺流程和操作条件
一、工艺流程：
目前，国内外大型合成氨厂基本都采用石脑油或天然气为 原料进行氨的生产，其工艺流程包括烃类加氢脱硫、水蒸气两 段转化制氢、中温和低温变换脱除CO、CO2吸收、微量CO 甲烷 化、氨合成等流程，共采用八种催化剂（CO2吸收除外）。
化工资源有效利用国家重点实验室
16
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化工资源有效利用国家重点实验室
12
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第三节 催化过程
三、CO变换过程
1、反应： CO + H2O →CO2 + H2
2、中温变换：Fe、Cr催化剂，反应温度为350-500℃，使CO浓 度降到2-3%；
催化剂工程导论10

催化剂工程导论10


避免“沟流”
• 装填前，检查Cat.，看是否破碎、受潮或污 染，采取相应措施：过筛、干燥等。
• 装填中，尽量保持Cat.固有机械强度不受损： 定时适当掁动管子－防“桥接”。
• 装填后，仔细测量料面；对每根装有Cat.的 管子测定阻力降，一般床层高度偏差应小 于适当值；阻力降偏差在±5％以内。
• 卸出（活性衰减不能再用者）：
• 二、一般操作经验
• (一) Cat.的贮存、运输和装卸
• 贮存： 金属桶；
•
纤维板桶（内衬塑料袋）。
置于阴凉干燥处，防吸水，受潮及受污
染。
• 运输：轻搬运（常用专门工具），严禁摔、 滚、碰、撞击，防Cat.破碎。
•
防水防潮
• 装填：布袋法，绳斗法，多节杆法。
•
防破损，保证分布均匀，防“桥接”，
•
链烷烃<环烷烃<芳烃<烯烃
易
• 操作条件：“最小蒸汽比”低于“其”发 生积碳。
• 催化剂中毒、钝化、超温等；压力大幅 度波动等，引起积碳。
• 2. 烧碳：可视为使Cat.活性恢复的一种 再生方法。
• 方法：轻微积碳，还原气氛下蒸汽烧碳
•
严重积碳：切断原料油，用水蒸气
烧碳
•
两种情况下教课都要严格控制温度。
• 多相Cat.，活化过程：分解，氧化，还原， 硫化等化学反应及物理相变多种过程。
• 活化操作工艺及条件，直接影响Cat.活 化后性能和寿命。
•
确定活化操作方法的理论基础：活化
有关反应的热力学、动力学。Cat.开发或生
产部门一般应对此进行研究。
• 2. 钝化：活化的逆操作。
• 3. 其他预处理：放硫，CO中温变换Cat.
工业催化基础

工业催化基础

催化
2、经济效益 （1）催化剂按使用部门划分为炼油、化工.和环保催化剂三大类。据统计，20 世纪80年代中期全球催化剂销售额仅25亿美元，1991年达到66亿美元，1995年103 亿美元，其中炼油、聚合物、化工和环保催化剂分别占22%、16%、26%和35%，汽 车尾气处理Cat.占1/3。
（2）1986年美国商业部估计，美国1984年催化剂消耗总值为13.3亿美元，同 期的石油炼制产品和石油化工产品(两类产品绝大多数通过催化剂生产)的销售总 值为2590亿美元，即＄195产值/＄1 Cat. 。
2）催化化学；
3）废塑料、废弃物回收利用技术；*** 4）分离技术；***
5）工程放大技术；***
6）新能源、节能技术的开发；*** 7）生态平衡工厂、舒适工厂，即绿色化工厂；***
8）现代化管理系统；*
9）高新技术；*** 10）软件开发。**
（2）现代化学工业中，任何一种新产品、新工艺的出现，都是与催化剂 的开发有关。 Ex1：乙烯生产 工业方法：渣油、石脑油、轻柴油裂解→乙烯。 存在问题：石油资源缺乏，与车用燃料、其它石化产品争原料。 缺原料，瓶颈问题。 大力研发：甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯。关键:高效催化剂开发。 OCM制乙烯是20世纪80’以来世界天然气转化研究的突出热点。自1982年Keller
等发表第一篇OCM研究论文到1993年初,全世界所发表论文＞950篇,申请美国专利
＞160件。有人统计，国内外所研究过的OCM催化剂＞2000种，及到元素周期表中 除氧族元素以外的各主副族的数十种元素。 目前,OCM制乙烯已取得突破进展,开始投入工业试验。乙烯单程收率达到 26～28%。筛选催化剂有：LiCl/MnO2、Li+/MgO、Li2SO4.MnXOy/TiO2、 MnO2.NaCl/B2O3等。 此外,合成气→烯烃，甲醇→烯烃,大力开发,完成工业试验、正在工业化。
工业催化基础10

工业催化基础10


催化反应。
第二节
光催化的基本原理
半导体在吸收能量等于或大 于其禁带能量的光辐射时，
电子由价带跃迁至导带，形
成电子-空穴对，这是光催化 的起始步骤。激发后分离的
电子和空穴各有几个可进一
步反应的途径。
①光激发电子向半导体表面迁移，如果物种已预先吸附在表面上，电子转移过程将更加有 效，在表面上半导体提供的电子可以还原一个电子受体A为A-。 ②空穴则迁移到表面和从供电子物种给出的电子相结合，从而是该物种氧化为D+。对于电 子和空穴来说，电荷迁移过程的概率和速度取决于各个导带中和价带边的位置的吸附物种
化工资源有效利用国家重点实验室 工业催化与反应工程研究室 2
第一节
光催化的一些基本概念
2、 光催化反应的类型
（1）催化剂首先被光激发活化，然后发生一系列催化反应;
h Cat Cat *
Cat * +A (A Cat)* B+Cat
式中：Cat为催化剂，Cat*为光激发的活性态催化剂。A为反应物，A.Cat*
根据光化学当量定律，量子产率应该为1，但实际情况并非如此。
化工资源有效利用国家重点实验室 工业催化与反应工程研究室
5
第二节
光催化的基本原理
1、催化剂光活化过程
（1）半导体光催化剂的结构
按照能带理论，固体的能带图如下：
第二节
光催化的基本原理
其电子能级可以分为两个部分，下面能量较低的能级组成价带，也称为满 带（因能级完全被电子充满）；上面能量较高的能级组成导带，也称空带 （因基态时往往没有电子），价带和导带之间有一能量宽度为 Eg的称为禁 带。 导体（金属）的价带和导带是紧接在一起的，Eg 为零；而绝缘体价带 和导带之间的禁带宽度很宽，Eg很大；半导体则是介于导体和绝缘体之间 的一种固体，Eg居于金属和绝缘体之间。 绝对零度时，半导体中能量较低的能带都被电子充满，不能导电。 有限温度时，电子因热运动具备的能量会从组高满带激发至空带中成为准自 由电子，同时满带便出现一个准自由空穴，在外加电场作用下，准自由电子 和准自由空穴都能从一个能级跃迁至另一个能级，这就是半导体导电的原因。
1-工业催化原理PPT优秀课件

1-工业催化原理PPT优秀课件


48
思考题： 2
2021/6/3
49
思考题： 3
4 、
2021/6/3
50
2021/6/3
51
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部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
反应速率随表面精细结构而变化—结构 敏感反应。
2021/6/3
26
反应速率
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准
在催化反应动力学的研究中，活性多用 反应速率来表达。
2021/6/3
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速率常数
用速率常数比较活性时，要求温度相同。 在不同催化剂上反应，只有当反应的速 率方程有相同的形式时，用速率常数比 较活性大小才有意义。此时，速率常数 大的催化剂的活性高。
44
催化剂分类
金属催化剂（Ni,Fe, Cu, Pt, Pd….) 金属氧化物催化剂和金属硫化物催化剂
(多为半导体) Ln2O3 MoS 酸碱催化剂 配合物催化剂
2021/6/3
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双功能催化剂(多功能催化剂)
是指其催化的过程包含了两种或两种以 上不同反应机理，催化剂也具有不同类 型的活性位。
2021/6/地3 氧化为邻二甲苯酐。
6
催化理论的基本思想的形成
在这一时期，逐步产生了某些催化理论 的基本思想。例如，不稳定表面中间物 (1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面 活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践 中应用，起到了改进旧催化剂、开发新 催化剂的作用，推动了化学工业的发展。
Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science
第10章--稀土催化剂

第10章--稀土催化剂

子中间物。
10.1.2催化裂化剂的发展
❖ (1) 随着催化裂化工艺的发展，裂化催化也 在不断发展和改进，两者相辅相成。早期 使用的是天然白土催化剂，后发展为无定 形硅酸铝催化剂，20世纪60年代，沸石裂 化催化剂开发成功，使石油催化裂化走向 了沸石催化裂化的新阶段，随着沸石催化 剂的应用，稀土也作为一个组分引入到裂 化催化中。
❖ 1、氧化反应
2CO O2 2CO2 4HC 5O2 4CO2 2H2O
2NO 2CO 2CO2 N2
4HC 10 NO 5N2 4CO2 2H2O
汽车尾气净化催化剂的发展概况 汽车尾气催化净化技术,是随着汽车排放标
准的日益严格而逐步发展起来的。1959年 在美国加州,首次颁布了控制汽车排放污染 物的立法,并于 1975年率先将净化催化剂应 用于汽车工业。上世纪60年代到70年代中 期,由于汽车排放法规中只要求控制CO和 HC,出现了“两效”催化剂, 即氧化型催化 剂,该催化剂的活性组分以贵金属铂或钯为 主,将尾气中的HC和CO同时氧化,从而降低 了HC和CO的污染物排放。
❖ （4）含稀土的工业催化剂大多只含较少量的 稀土，一般只用作助催化剂或混合催化剂中 的次要成分。
稀土元素显示的特征几乎都与其4f电子相关。 与催化剂有关的特征：
（1）在基于4f层未成对电子引起的顺磁结构 而产生的邻-对位氢转位反应中，转移反应速 度常数与催化剂的磁能平方成正比，顺磁性 的Dy2O3，Er2O3的反应速度常数大，反磁性 的La2O3小。
（3）稀土氢Y（REHY）型催化剂 （4）新型重油裂化催化剂Orbit-3000和
Comet-400 （5）金属钝化剂 ❖ 1）、国外工业使用钝Ni剂的主要类型 ❖ 2）、国内研制并工业使用钝Ni剂的主要类型
催化原理思考题（终）

催化原理思考题（终）

催化原理思考题（终）第⼀部分思考题1.在化⼯⽣产中，催化剂和催化过程起哪些作⽤?答：催化剂是⼀种改变⼀个化学反应的速度，却不改变化学反应热⼒学平衡位置，本⾝在化学反应中不被明显消耗的化学物质。

催化作⽤通过改变反应历程⽽改变反应速度。

2.试述催化过程在化学⼯业中的地位。

何为催化作⽤？答：地位：由现代化⼯⽣产过程提供的化学产品中⼤约有85%是借助于催化过程产⽣的。

催化作⽤:催化剂对化学反应所产⽣的效应。

3.催化剂在⽯油加⼯和⽯油化⼯领域有哪些应⽤？1.答：应⽤：⑴从1928年发现多孔⽩⼟可以裂化重油到20世纪50年代末催化裂化技术，⼀直是沿着⽆定型硅铝裂化催化剂渐进式的进步。

⑵将沸⽯新催化材料⽤做裂化催化剂使催化裂化技术出现了突破，有了飞跃的发展。

⑶稀⼟沸⽯分⼦筛代替硅铝催化剂，被誉为“20世纪六⼗年代炼油⼯业的技术⾰命”。

⑷由“择形催化”原理合成的2SM-5新型分⼦筛，开发了⼀系列⽯油化⼯催化新⼯艺。

4.试述催化作⽤的四⼤特征及其在催化剂开发研究中的实⽤意义。

2.答：（1）只加速热⼒学上可能进⾏的反应，△GΘT,P<=—RTInK P。

（2）只加快反应趋于化学平衡，⽽不改变化学平衡的位置。

由△GΘT,P=—RTInK P 得，对平衡常数较⼤的反应假如适当的催化剂才有意义。

（3）催化剂通过改变反应历程⽽改变反应速率，催化剂的加⼊，使反应历程改变，活化能降低。

（4）催化剂对反应具有选择性，因为⼀种催化剂只能催化加速⼀个（或⼀类）特定的反应；有些反应由于催化剂孔隙结构和颗粒⼤⼩不同也会引起扩散控制导致选择性的改变。

催化剂的选择性也是有效利⽤资源及开发没有副产物的清洁⼯艺的关键。

5.要想在500K温度下进⾏芳构化反应，能否为它找到⼀种催化剂？为什么？H f298 kJmol-1 G f298kJ?mol-1C p = A + B T +C T2 +D T3 / cal?mol-1A B C DH20 0 6.48 2.22?10-3-3.30?10-6 1.830?10-989.92 129.66 0.909 3.74?10-2-1.99?10-5 4.192?10-9C2H452.30 68.12 -8.101 1.133?10-1-7.706?10-51.703?10-8 6.为什么说加氢催化剂对脱氢反应也有活性？答：催化剂是降低了反应的势能，既活化能，使得正逆反应同时加速。

第10章工业催化剂制备和使用

第10章工业催化剂制备和使用

⑤导晶沉淀法 导晶沉淀法借助晶化导向剂（晶种）引导非晶形沉淀转化
为晶形沉淀的快速而有效的方法。最近普遍用来制备以廉价 的水玻璃为原料的高硅钠型分子筛，包括丝光沸石、Y型、X 型合成分子筛。
2019年12月4日2时59分
24
10-1 工业催化剂的制备
1. 沉淀法 （8）沉淀法的分类
⑥水热合成法 在常温常压下水溶液的沉淀理论，形成沉淀粒子的因素是
2019年12月4日2时59分
22
10-1 工业催化剂的制备
1. 沉淀法
超均匀沉淀法制备硅酸镍催化剂。 先将硅酸钠溶液放入混合器，再将 20%的硝酸钠溶液慢慢倒至硅酸钠溶 液之上，最后将含硝酸镍和硝酸的溶 液慢慢倒于前两个溶液之上。立即开 动搅拌机使其成为超饱和溶液。放置 数分钟至几小时，便能形成超均匀的 水凝胶式胶冻。用分离方法将水凝胶 自母液分出或将胶冻破碎成小块，经 水洗、干燥和焙烧即得所需催化剂。 这样得到的催化剂其结构与由氢氧化 镍和水合硅胶机械混合制得的催化剂 是不同的。
2019年12月4日2时59分
14
10-1 工业催化剂的制备
1. 沉淀法 （5）pH值 沉淀法常用碱性物质作沉淀剂，沉淀物的生成在
相当大的程度上受pH值的影响。
Al3+ + OH-
pH＜7 Al2O3·mH2O 无定形胶体 pH＝9 α-Al2O3·H2O 针状胶体 pH＞10β-Al2O3·nH2O 球状结晶
2019年12月4日2时59分
20
10-1 工业催化剂的制备
1. 沉淀法 （8）沉淀法的分类 ③均匀沉淀法和超均匀沉淀法
均匀沉淀法是在沉淀的溶液中加入某种试剂，此 试剂可在溶液中以均匀的速率产生沉淀剂的离子或 者改变溶液的pH值，从而得到均匀的沉淀物。如在 铝盐中加入尿素，加热到363-373K，溶液中有如下 反应，并生成均匀的Al(OH)3沉淀：
催化转化法

催化转化法


10 催化转化法净化气态污染物
(2)催化剂载体 氧化铝小球: 耐热性能较差、孔隙率低、阻力大，易对 发动机的性能造成不良影响而逐渐被蜂窝陶瓷所取代。 蜂窝陶瓷载体: 具有低膨胀、高强度、耐热性能好、吸 附性强、耐磨损等优点。 蜂窝陶瓷载体多用堇青石作原料，堇青石（铝硅酸镁） 不但有低的膨胀系数、良好的耐化学腐蚀性及良好的耐 热性（安全使用温度1400℃），而且本身的气孔率较高。
改变汽车的动力(最根本的途径) 改善现有的汽车动力装置和燃油质量。 机外净化技术
10 催化
机外净化在催化剂存在的条件下，利用排气自身的温度 和组成将有害物质（CO、NOx、HC）转化为无害的 H2O、CO2、和N2。 根据化学反应类型: 催化氧化法 催化氧化还原法 根据反应中除去的有害物质多少: 二元净化 三元净化
大气污染控制工程
李广超
10 催化转化法净化气态污染物
教学内容 §10.1 催化反应 §10.2 催化剂 §10.3 催化反应器 §10.4 催化还原法净化废气中的氮氧化物 §10.5 汽车尾气的催化净化 §10.6 催化燃烧法
10 催化转化法净化气态污染物
1.教学要求 理解净化气态污染物方法的基本原理。 了解各净化方法的常用设备和特点。 了解各净化方法所用的试剂。
10 催化转化法净化气态污染物

选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction,SCR) 通常用NH3作为还原剂，在Pt或非重金属催化剂的作用 下，在较低温度条件下，NH3有选择地将废气中的NOx 还原为N2，而基本上不与氧发生反应。 不仅使用的催化剂易得，选择余地大，而且还原剂的起 燃温度低，床温低，有利于延长催化剂寿命和降低反应 器对材料的要求。 选择性催化还原法主要用于硝酸生产、硝化过程、金属 表面的硝酸处理、催化剂制造等非燃烧过程产生的NOx 废气，国外也有用于净化燃烧烟气中的NOx。

《工业催化基础》课程教学大纲(本科)

《工业催化基础》课程教学大纲英文名称：Basis of Catalysis in Industry课程类型：专业课课程要求：必修学时/学分：32/2适用专业：化学工程与工艺一、课程性质与任务该课程的主要目的与要求是使学生掌握催化作用的基本规律、了解催化过程的化学本质、熟悉工业催化技术的基本要求和特性，培养学生对与催化剂相关问题的分析能力和解决能力。

为培养上述专业的工程技术人才提供坚实的理论基础。

二、课程与其他课程的联系本课程是一门多学科综合性很强的专业课，要求学生先修普通化学、分析化学有机化学、物理化学等基础课。

由于催化剂在化学工业上应用广泛，有90%以上的化学反应过程都使用催化剂，在学习期间或之后可以安排化工工艺学、化学反应工程课程时，对更好学习和理解这些课程的内容有很大的好处。

三、课程教学目标1．学习催化剂和催化作用基础知识和基本理论知识；掌握常催化作用特征；选用合适催化剂的能力；2．了催化剂活化、催化剂的失活及其再生过程，具对工业催化剂评价和使用的能力；3．掌握基本的催化剂设计和研制创新方法，培养学生追求创新的态度和意识；4．熟悉各类催化剂的特点和应用领域，了解各类催化剂的催化理论及其应用以及影响催化作用的因素；5．培养学生的对催化剂的制备、检测和评价的工程实践学习能力，使学生掌握典型的实验方法，获得实验技能的基本训练，具有运用催化原理解决工业催化实际问题的能力；6．了解工业催化的前沿和新发展动向。

四、教学内容、基本要求与学时分配五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）本课程没有可其他课外教学过程。

六、教学方法由于本课程中涉及知识面较宽，所阐述内容较多，最新的科技研究成果也比较丰富，为了引起学生学习的兴趣和加强讲授时的教学效果，本课程采用多媒体课件教学为主的教学方式。

由于在讲授过程中加入了大量的工业催化方面的研究成果，提高了学生的学习热情，也为拓宽他们将来的就业渠道打下了一定的基础。

在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段让学生了解催化剂和理解催化原理的基本概念及其在化工生产中的应用。

2 催化作用基础——【工业催化】


• 化学吸附具有选择性。化学吸附要生成吸附态或吸附 络合物，不同吸附中心与不同的吸附质分子作用生成
配位键络合物的能力必然不同。
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2.4.1物理吸附与化学吸附
Enthalpies of chemical adsorption (kJ/mol)
Ti Ta Nb W Cr Mo Mn Fe Co Ni Rh Pt
合适的孔径分布。
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2.2 多相催化 反应过程
1. 反应物分子从气流中向催化剂表 面和孔内扩散（包括外扩散和内 扩散）
2. 反应物分子在催化剂表面上吸附
3. 被吸附的反应物分子在催化剂表 面上相互作用或与气相分子作用 进行化学反应
4. 反应产物自催化剂表面脱附
5. 反应产物离开催化剂表面向催化 剂周围的介质扩散（包括内扩散 和外扩散）
通常用四氯化碳法测定孔容。 孔容积的测定还可采用氦汞置换法。
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催化剂孔结构
3、孔隙率 催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比：
4、孔隙分布 催化剂的孔容积随孔径的变化而变化的情况。 多相催化剂的内表面主要分布在晶粒堆积的孔隙及其晶内孔道，而且反应过程
中的传质又直接取决于孔隙结构 在开发一种催化剂时，对于给定的反应条件和催化剂组成，应该使催化剂具有
----活化态下发生键的重组-----估计在时间上
不低于分子固有振动频率的量级，10-12秒，因
而与相对十分稳定的吸附态（
10-8秒）
在时间的量级上相差仍是巨大的。这可能就是
为什麽吸附学说奠定了催化的理论基础而吸附
现象的观察却极少为催化体系设计给出确切信
息的物理本质。
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2.4.1物理吸附与化学吸附
最大物理吸附焓- Hph（kJ/mol，观测值）

工业催化原理—作业汇总(含答案)

第一章催化剂与催化作用基本知识1、简述催化剂的三个基本特征。

答：①催化剂存在与否不影响△Gθ的数值，只能加速一个热力学上允许的化学反应达到化学平衡状态而不能改变化学平衡；②催化剂加速化学反应是通过改变化学反应历程，降低反应活化能得以实现的；③催化剂对加速反应具有选择性。

2、1-丁烯氧化脱氢制丁二烯所用催化剂为MoO3/BiO3混合氧化物,反应由下列各步组成(1）CH3-CH2-CH=CH2+2Mo6++O2—→CH2=CH—CH=CH2+2Mo5++H20（2）2Bi3++2Mo5+→2Bi2++2Mo6+（3）2Bi2++1/202→2Bi3++02—总反应为CH3-CH2-CH=CH2+1/202→CH2=CH-CH=CH2+H20试画出催化循环图。

CH3-CH2—CH=CH2Bi3、合成氨催化剂中含有Fe3O4、Al2O3和K20，解释催化剂各组成部分的作用。

答：Fe3O4：主催化剂，催化剂的主要组成，起催化作用的根本性物质Al2O3:构型助催化剂,减缓微晶增长速度,使催化剂寿命长达数年K20：调变型助催化剂，使铁催化剂逸出功降低，使其活性提高第二章催化剂的表面吸附和孔内扩散1、若混合气体A和B2在表面上发生竞争吸附，其中A为单活性吸附,B2为解离吸附：A+B2+3＊→A＊+2B ＊,A和B2的气相分压分别为p A和p B。

吸附平衡常数为k A和k B。

求吸附达到平衡后A的覆盖率θA和B的覆盖率θB.解：对于气体A：吸附速率v aA=k aA P A（1—θA—θB）；脱附速率v dA=k dAθA平衡时：v aA=v dA ,即θA=(k aA/k dA）P A（1—θA—θB）=k A·k B(1—θA—θB）对于气体B：吸附速率v aB=k aB P B(1—θA-θB）2；脱附速率v dB=k dBθB2平衡时：v aB=v dB ，即θ2= k B P B(1—θA—θB）2。

《工业催化基础》课件(2011)-5

第五章石油化工催化过程主要内容：催化裂化催化重整催化加氢和脱氢烃类选择氧化烷基化和歧化反应烃类异构化和芳构化催化水合和脱水反应烯烃的二聚和齐聚工业聚烯烃催化反应均相催化反应等工业催化过程的反应特征和规律第一节催化裂化一、裂化反应1、烷烃裂化为烯烃和较小的烷烃；C n H2n+2 C m H2m(烯烃) + C p H2p+2（烷烃）n=m+p2、烯烃裂化为较小的烯烃；C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p（烯烃）n=m+p、烷基芳烃脱烷基为芳烃和烯烃；ArC n H2n+1 ArH(芳烃) + C n H2n（烯烃）第一节催化裂化4、芳烃侧链的断裂；ArC n H2n+1 ArC m H2m－1(带有烯烃侧链的芳烃) + C p H2p+1（烷烃）n＝m+p5、环烷烃裂解为烯烃；C n H2n C m H2m(烯烃) + C p H2p（烯烃）n=m+p6、氢转移；环烷烃 + 烯烃芳烃 + 烷烃7、异构化；烯烃异构烯烃烷烃异构烷烃第一节催化裂化8、烷基转移；C6H4(CH3)2 + C6H6 C6H5(CH3) + C6H5(CH3)9、低分子量烯烃的歧化2H2C=CHCH2CH3H2C=CHCH3 + H2C=CHCH2CH2CH3第一节催化裂化二、催化裂化反应机理烃与催化剂表面酸中心反应生成活泼碳正离子，活泼碳正离子引发烃的链式反应碳正离子经过氢转移步骤生成碳正离子可分解为较小的正碳离子和一个烯烃分子生成的烯烃比初始的烷烃原料易于变为正碳离子，裂化速度也较快由于C-C键断裂一般发生在碳正离子的β位置，所以催化裂化可生成大量的C3～C4烃类气体，只有少量的甲烷和乙烷生成。

新正碳离子或裂化，或夺得一个氢负离子而生成烷烃分子，或发生异构化、芳构化等反应。

第一节催化裂化三、催化裂化催化剂1、无定形催化剂如SiO2-Al2O3催化剂（早期的催化剂，Al2O3中嵌入Si，表面呈酸性）2、分子筛催化剂活性高，选择性好，现普遍采用的催化剂，如ZSM-5四、催化裂化反应工程流化床催化裂化（FCC）工艺示意图：第二节催化重整一、催化重整反应1、加氢-脱氢反应；2、异构化、环化反应；3、芳构化反应。

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化工工业资催源化有与效反利应用工国程家研重究点室实验室
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第一节 光催化的一些基本概念
3、光化当量定律和量子产率
在光化学反应中，初期过程是一个光子活化一个反应分子，这被称为 光化当量定律。活化一个分子吸收的光称为1光量子。
u Nh 个爱因斯坦
光化学反应中，量子产率是指参加反应的分子数与被吸收的光量子数之比，
第十章： 光催化基础
主要内容：
理解光催化的一些基本概念； 掌握光催化的基本原理； 了解一些光催化的应用实例.
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 光催化的一些基本概念
1、 光催化反应与光催化剂
只有在光和催化剂同时存在时进行的反应才被称为光催化反应， 适用于光催化反应的催化剂称为光催化剂。
在光催化反应中，既需要有催化剂的存在，又需要光的作用，并且有 时光催化作用还需要在一些热环境中进行。
化反应的显著特点。
化工工业资催源化有与效反利应用工国程家研重究点室实验室
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第一节 光催化的一些基本概念
2、 光催化反应的类型
（1）催化剂首先被光激发活化，然后发生一系列催化反应;
Cat h Cat* Cat* +A (A Cat)* B+Cat
式中：Cat为催化剂，Cat*为光激发的活性态催化剂。A为反应物，A.Cat* 为活性态催化剂与反应物形成的中间物，B为产物。如半导体TiO2为催化 剂的光催化反应就属于这一类型，反应时半导体催化剂在光激发下产生的 电子和空穴可以分别将反应物还原和氧化，完成催化反应。
第二节 光催化的基本原理
在半导体中，不含有杂质的纯净半导体称为本征半导体，当半导体中掺入 杂质后，半导体的能级会发生变化。如果半导体中的杂质是供电子体（称 为施主），会形成施主能级。施主能束缚的电子基本上不是共有化的，它 处于施主能级上，其电子跃迁到导带，变成准自由电子。因此，半导体导 电性主要靠施主激发到导带的电子，这种半导体称为n型半导体。
第二节 光催化的基本原理
半导体在吸收能量等于或大 于其禁带能量的光辐射时， 电子由价带跃迁至导带，形 成电子-空穴对，这是光催化 的起始步骤。激发后分离的 电子和空穴各有几个可进一 步反应的途径。
①光激发电子向半导体表面迁移，如果物种已预先吸附在表面上，电子转移过程将更加有 效，在表面上半导体提供的电子可以还原一个电子受体A为A-。 ②空穴则迁移到表面和从供电子物种给出的电子相结合，从而是该物种氧化为D+。对于电 子和空穴来说，电荷迁移过程的概率和速度取决于各个导带中和价带边的位置的吸附物种 的氧化还原电位，并且在电荷的表面跃迁的同时，还存在③电子和空穴在半导体颗粒内的 再结合和④在半导体表面的再结合。
如果半导体中的杂质是缺电子体（称为受主），会形成受主能级。受主束 缚的空穴基本上处于受主能级上，满带的电子可跃迁至受主能级，消灭了 受主所束缚的空穴，同时在满带留下准自由空穴。因此，半导体的导电性 主要来自这种方式产生的准自由空穴，这种半导体称为p型半导体。
电子逸出功φ是将一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需的能量。 此能量用以克服电子的平均位能Ef
第二节 光催化的基本原理
（2）半导体催化剂的光激发和表面电子转移
在光催化反应中，催化剂的能带结构起着关键的作用。半导体具有合适宽 度的禁带，当半导体受到能量大于其禁带宽度的光照射时，价带中的电子就 会受光激发而跃迁至导带，并且由于带隙的存在，激发态电子的退激过程较 慢。这样光激发就会在半导体中产生具有一定寿命（一般为ns）的电子-空穴 对，电子位于能量较高的状态（称为导带边），而空穴位于能量较低的状态 （称为价带边），这就意味着导带上的激发电子可以作为还原剂被吸附物种 （电子受体）捕获而发生还原反应，而位于价带上的空穴则会作为氧化剂而 使底物（电子给体）发生氧化反应，从而构成氧化还原催化循环，实现了光 催化反应。
导体（金属）的价带和导带是紧接在一起的，Eg为零；而绝缘体价带 和导带之间的禁带宽度很宽，Eg很大；半导体则是介于导体和绝缘体之间 的一种固体，Eg居于金属和绝缘体之间。
绝对零度时，半导体中能量较低的能带都被电子充满，不能导电。 有限温度时，电子因热运动具备的能量会从组高满带激发至空带中成为准自 由电子，同时满带便出现一个准自由空穴，在外加电场作用下，准自由电子 和准自由空穴都能从一个能级跃迁至另一个能级，这就是半导体导电的原因。
在催化反应中，反应的驱动力是热能，并且仅限于热力学上可能进行 的一些反应。
对于光催化反应，光能是克服反应势垒所需的能量，它直接用于实现
化学反应的基元作用，为反应粒子（如分子，离子等）的激发过程或
光催化剂（如半导体催化剂）的电子激发过程提供能量，因此光作用
于化学反应时，一些热能无法实现的反应光催化可以进行，这是光催
量子产率（）=
参加反应的分子数 被吸收的光的量子数
根据光化学当量定律，量子产率应该为1，但实际情况并非如此。
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第二节 光催化的基本原理
1、催化剂光活化过程
（1）半导体光催化剂的结构
按照能带理论，固体的能带图如下：
第二节 光催化的基本原理
其电子能级可以分为两个部分，下面能量较低的能级组成价带，也称为满 带（因能级完全被电子充满）；上面能量较高的能级组成导带，也称空带 （因基态时往往没有电子），价带和导带之间有一能量宽度为Eg的称为禁 带。
第二节 光催化的基本原理
电子和空穴再结合对光催化反应的效率是不利的，所以必须减缓或者消除这 种光激发电子-空穴对的再结合。常见方法为下面几种
1、增加半导体表面缺陷结构； 2、减小半导体颗粒大小； 3、金属修饰半导体； 4、过渡金属离子掺杂； 5、制成复合半导体； 6、表面增敏
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第一节 光催化的一些基本概念
（2）反应物首先被光激发活化，然后在催化剂作用下发生催化反应
A h A* A*+Cat (A Cat)* B+Cat
式中，A* 为光激发活化的反应物分子，它与基态分子在结构、物理、化学 性质方面有着很大差别。因此在催化剂作用下的反应完全不同于一般的催 化反应。