催化剂的介绍PPT讲稿

化学与化工学院
第三讲 金属催化剂及其催化作用
一、金属和金属表面的化学键
图4-24中β是能级分裂因子。能级图形成时是用单电子波 函数，由于轨道的相互作用，能级会一分为二。故N个金属 轨道会形成2N个能级，其总宽度为2N。电子占用能级时遵 循能量最低原则和Pauli原则(即电子配对占用)。故在绝对零 度下，电子成对地从最低能级开始一直向上填充，电子占用 的最高能级称位Fermi能级。
当表面原子的排布与体相单胞相同者，称为底层结构， 记作一(1×1)。例如，在Pt[ 111]面之上的Pt原子的底层结构 记作Pt[ 111]－ (1×1)。若表面上原子的排布与“底层”不同 ，则称之为表面网或表面结构，也称表面再构。如单位网(2 × 2)。表层常不只是指表面上第一层，有时包括表面上好几
【例如】铜原子的价电子层电子组态为[Cu]( 3d10)(4s1)，故金 属铜中的d带是位电子充满的，为满带；而s带只占用一半。它们的 能级密度分布如图4-26（A）所示。
Ni原子的价层电子组态[Ni]( 3d8)(4s2)故金属镍的d轨道中某些 能级未被充满，可看成为d带中的空穴，称为“d空穴”。如图4-26 （B）所示。这种空穴可以通过金属物理实验技术(磁化率测量)测 出，它对应于0.54个电子，是3d轨道溢流到4s带所致。“d带空穴 ”概念对于理解过渡金属的化学吸附和催化作用是至关重要的，因 为一个带能的电子全充满时，它就难于成键了。
若吸附氧的排列单胞为底层结构的两
倍，则记作，Pt[ 111]- (2×2)-O2。如 果表面结构对于体相单胞而言，旋转
了一个角度，这时底层结构的晶胞大
小与表面网格大小彼此不成整数倍，
例如图3－26所示，可记作
( 2 2)R45o
,即表面结构的单

水蒸气与铁作用生成无活性的氧化铁。干燥反应器 就能使催化剂活性恢复 。
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• 不可逆中毒：不可以再生，永久的中毒。
例：① 合成氨反应混合气中，若有H2S H2S与铁反应生成硫化铁很稳定，催化剂不易复转。
② 铂重整的 砷 使铂 永久中毒。 ➢ 毒物 • 金属催化剂的毒物 ❖ Ⅴ族和Ⅵ族具有共享电子对的非金属化合物的元素。
第二章 催化作用与催化剂
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2.1 催化作用的定义与特征 一、定义
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却 不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中 不被明显地消耗的化学物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体 地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激 发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
负载型催化剂 ：
将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的
催化剂
① 乙烯 — 环乙烷 Ag /α－Al2O3
② 丙烯气相氧化丙烯醛反应
反应特点： 丙烯
[O] Cat
丙烯醛
对Cat要求： 提供足够表面；
具有气体分子输送的粗孔道
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(2) 分类
常用载体类型
载体 低比表面
比表面 （㎡/g）
刚玉
0~1
比孔容 （ml/g）
0.2~0.3 0.5~0.9
0.25 0.3~0.5
0.3 0.4~4.0 0.3~2.0
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➢ 高熔点载体
类别 碱性
两性
氧化物 MgO CaO Ca2SiO4 BaO Ca3SiO5 ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3

〔3〕几种具有代表性的分子筛
A型分子筛 类似于NaCl的立方晶系构造。假设将NaCl晶格 中的Na+和Cl-全部换成β笼，并将相邻的β笼用 γ笼结合起来就得到A-型分子筛的晶体构造。8 个β笼结合后构成一个方钠石构造，如用γ笼做 桥结合，就得到A-型分子筛构造。中心有一个 大的α的笼。α笼之间通道有一个八元环窗口， 其直径为4Å ，故称4A分子筛。假设4A分子筛 上70%的Na+为Ca2+交换，八元环可增至5Å ， 对应的沸石称5A分子筛。反之，假设70%的 Na+为K+交换，八元环孔径减少到3Å ，对应 的沸石称3A分子筛。
6.1 酸碱催化剂
石油炼制和石油化工是催化剂最大的运用领域， 在国民经济中占有重要位置。在石油炼制和石 油化工中，酸催化剂占有重要的位置。烃类的 催化裂化，芳烃和烯烃的烷基化，烯烃和二烯 烃的齐聚、共聚和高聚，烯烃的水合制醇和醇 的催化脱水等反响，都是在酸催化剂的作用下 进展的。工业上用的酸催化剂，多数是固体。 20世纪60年代以来，又发现一些新型的固体酸 催化剂，其中最有影响的是分子筛型催化剂， 其次是硫酸盐型酸性催化剂。
6.2 分子筛催化剂
1.分子筛的概念
分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙构造。 分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去， 故又称沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的 称为分子筛。它们的化学组成可表示为
Mx/n[(AlO2)x·(SiO2)y] ·ZH2O
式中M是金属阳离子，n是它的价数，x是AlO2的分 子数，y是SiO2分子数，Z是水分子数，由于AlO2带 负电荷，金属阳离子的存在可使分子筛坚持电中性。 当金属离子的化合价n = 1时，M的原子数等于Al的 原子数；假设n = 2，M的原子数为Al原子数的一半。

第一章 催化剂与催化作用础知识
对工业催化剂的要求
• 工业催化剂是指具有工业生产实际意义，可以用于大 规模生产过程的催化剂。
• 一种好的工业催化剂应具有适宜的活性、高选择性和 长寿命。
• 工业催化剂的活性、选择性和寿命除决定于催化剂的 组成结构外，与操作条件也有很大关系。这些条件包 括原料的纯度、生产负荷、操作温度和压力等。
第一章 催化剂与催化作用基础知识
• 密度：催化剂的密度是指单位体积内含有的催化 剂的质量（或重量），常以符号ρ表示，单位是 g/mL。
密度常分为堆积密度、颗粒密度以及真密度。
堆
V隙
M V孔
V骨
颗
M V孔 V骨
真
M V骨
第一章 催化剂与催化作用基础知识
比孔容：单位重量催化剂颗粒内部的真正孔体积的 总叫和比孔容。常以符合Vg表示，单位是mL/g。
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转化率表示法
CA%=反应物A转化 掉的量/流经催化 床层进料中反应 物A的总量×100%
要求反应温度、 压力及原料气组成相同
只要求反应温度相同 ， 不要求反应物浓度和催化剂 用量相同
要求反应条件(温度、压力、 接触时间、原料气浓度) 相同
第一章 催化剂与催化作用基础知识
催化活性在理论研究中经常采用： • 转换频率：指单位时间内每个催化活性中心上发
带出旋风分离器；若颗粒过于粗，则流化性不好，并有可 能扩散控制。
第一章 催化剂与催化作用基础知识
（六）机械性质
• 催化剂的机械性质（例如磨损率、压碎强度）和 热性质（例如热导率、抗热冲击性能）是其工程 性能的一个重要方面，催化剂在使用前要经过运 输过程和装料过程。
• 有的催化剂在使用过程中要经受非常高的温度和 剧烈的温度变化，有的在高温和一定的气氛下再 生，这些都要求催化剂具备相应的机械性质和热 性质。