工业催化PPT教学课件

合集下载

工业催化-第五章金属催化剂及其催化过程ppt课件

工业催化-第五章金属催化剂及其催化过程ppt课件
n 内部缺陷的存在引起晶格的畸变(1)空 位;(2)间隙质点;(3)杂质。
39
线缺陷
n 线缺陷是指一排原子发生位移,又称位错; n 位错有两种类型,即边位错和螺旋位错
40
晶格缺陷和金属催化的“超活性”
n 一般金属催化剂中点缺陷和位错同时存 在。这种晶格缺陷对催化剂活性有一定 的影响。
n 如将冷轧处理的金属镍催化剂用于苯加 氢生成环己烷时,活性增加很多,而经 退火处理的镍催化剂催化活性降低。
第五章 金属催化剂及其催化作用
n 本章主要内容:
n 金属表面的化学键 n 金属表面的几何构造 n 晶格缺陷与多相催化 n 金属催化剂催化活性的经验规则 n 负载型金属催化剂的催化活性
n 金属—载体间的相互作用 n 结构敏感与非敏感反应 n 溢流现象
1
金属催化剂的类型
n 金属催化剂是一类重要的工业催化剂,主要类型有: n 块状金属催化剂:如电解银、熔铁、铂网等催化剂; n 负载型金属催化剂:如Ni/Al2O3,Pd/C等催化剂; n 合金催化剂: 指活性组分是二种或两种以上金属原 子组成,如Ni-Cu合金加氢催化剂、 LaNi5加氢催化 剂; n 金属簇状物催化剂: 如Fe3 (CO)12催化剂等。
9
金属Cu的d能带和s能带填充情况
n [Cu](3d10)(4S1);
n 金属Cu中
n d能带是电子充满的, d能带为满带;
n s能带的电子只填充一
半。
10
金属Ni的d能带和s能带填充情况
n 单一镍原子的电子组态为3d8 4s2 , 当镍原子组成晶体后, 金属d 带 中某些能级未被充满,可以 看 成是d带中的空穴,称为“d 带空 穴”。
n 对于金属晶体,晶格缺陷主要有 点缺陷 和线缺陷两类。

工业催化原理PPT

工业催化原理PPT

1.2.1催化反应分类
按催化反应系统物相的均一性进行分类
均相催化反应
非均相(又称多 相)催化反应
酶催化反应
均相催化反应是指 反应物和催化剂居 于同一相态中的反 应。
非均相催化反应是 指反应物和催化剂 居于不同相态的反 应。
酶催化反应同时 具有均相和非均 相反应的性质。
1.2.1催化反应分类
按反应类型进行分类
表1-3 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作
反应类用型
常用催化剂
加氢 脱氢 氧化
羰基化
聚合 卤化 裂解 水合 烷基化,异构化
Ni,Pt,Pd,Cu,NiO,MoS2,WS2,Co(CN)63Cr2O3,Fe2O3,ZnO,Ni,Pd,Pt V2O3,MoO3,CuO,Co3O4,Ag,Pd,Pt,PdCl2 Co2(CO)8,Ni(CO)4,Fe(CO)3,PdCl(Pph3)3*,RhCl2(CO)Pp
问题2:请同学们举二个以上的实例?
1.1.4催化剂对加速化学反应具有选择性
表1-2 催化剂对可能进行的特定反应的选择催化作 用
反应物 催化剂及反应条件
Rh/Pt/SiO2,573K,7×105Pa
CO+H
2
Cu-Zn-O,Zn-Cr-O,573K, 1.0133×107~ 2.0266×107Pa
1.1.2催化作用不能改变化学平衡
问题1:实际工业上催化正反应、逆反应 时为什么往往选用不同的催化剂?
❖ 第一,对某一催化反应进行正反应和进行逆反应的操 作条件(温度、压力、进料组成)往往会有很大差别, 这对催化剂可能会产生一些影响。
❖ 第二,对正反应或逆反应在进行中所引起的副反应也 是值得注意的,因为这些副反应会引起催化剂性能变 化。

《工业催化(第3版)》教学课件—03吸附、催化作用与催化剂

《工业催化(第3版)》教学课件—03吸附、催化作用与催化剂
第3章 吸附、催化作用与催化剂
3.1 催化作用与催化剂
• 3.1.1 催化作用的定义与特征 • 3.1.1.1 定义 • 根据IUPAC于1981年提出的定义,催化剂是一种
能够加速反应速率而不改变该反应的标准Gibbs自由 焓变化的物质。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反 应称为催化反应。
• 催化剂之所以能够加速化学反应趋于热力学平衡点,是由 于它为反应物分子提供了一条较易进行的反应途径。
图3-6 催化剂再生、 运转时间与寿命的关系
• 3.1.3.3 环境友好和自然界的相容性
• 适应于循环经济的催化反应过程,其催化剂属性不仅要具 有高转化率和高选择性,还要涵盖可持续发展概念的要求 ,即应该是无毒无害、对环境友好的,反应应尽量遵循“ 原子经济性”,且反应的剩余物与自然相容的要求,也就 是“绿色化”的要求。
• ①反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散; • ②反应物分子在催化剂内表面上吸附; • ③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反应产物自催化剂内表面脱附; • ⑤反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中去。
图3-13 多相催化反应过程中各步骤的示意图
图3-14 多相催化反应中的吸附、表面反 应和脱附过程
• 则金属的总表面积A可表示为
• 正确可靠的测量结果,尚需消除许多因素:吸附质气体在 金属中的溶解,与金属形成化合物,载体的固有吸附能力 ,金属与载体之间因强相互作用产生的溢流现象等。
• 3.3.3 氧化物表面上的化学吸附
• 在氧化物表面上的化学吸附,要比金属表面上的复杂,研 究也更困难。因为:
(吸附质)的吸附能力,需要研究吸附速率和吸附平衡及 其影响因素。除吸附剂和吸附质的本性外,最重要的影响 因素是温度和压力。达到平衡时的气体吸附量称为平衡吸 附量,它是吸附物系(包括吸附剂和吸附质)的性质、温 度和压力的函数。对于给定的物系,在温度恒定和达到平 衡的条件下,吸附量与压力的关系称为吸附等温式或称吸 附平衡式,绘制成的曲线称为吸附等温线。

工业催化原理精品PPT课件

工业催化原理精品PPT课件
1 Energy belt
2个Na+ 2×3S1 N个Na N×3S1
半导体的能带结构及其催化活性
本征半导体 n-型半导体 p-型半导体
绝缘体
图3-36
各种固体的能带结构
半导体的能带结构是不迭加的,形成分开 的带,价带,空带,禁带(能量宽度为Eg )。
金属的Eg为零,绝缘体的Eg很大,各种半 导体的Eg居于金属和绝缘体之间。
2)p型半导体 在空气中加热NiO会吸氧。少量Ni2+变成 Ni3+,NI3+实际是Ni2+束缚了一个正电 荷或一个空穴,温度不高时,就可以脱 离Ni2+离子而形成空穴,构成p型半导体, 称Ni3+为受主。
5.1.2 Theory of semiconductor energy belt Back
Li+消灭一个M2+⊕
3.本征 semiconductor
Back
不含杂质,具有理想的完整的晶体结构,具有 电子和孔穴两种载流体。
Fe3O4 Fe3(Fe2+, Fe3+)O4 没有 “donor and acceptor”
4.半导体的形成
1)n型半导体的形成 在空气中加热ZnO产生极少量的Zn Zn可以看成由Zn2+束缚两个电子,它 不稳定,容易给出电子,产生电子导电 形成n型半导体
n-型半导体 ZnO ;施主能级 ―提供电子的 附加能级 (靠近空带 )
p-型半导体 NiO ;受主能级 ―空穴产生的 附加能级 (靠近价带 )
Fermi能级Ef 。Ef越高电子逸出越易。 本征半导体,Ef在禁带中间;n-型半导体, Ef在施主能级与导带之间;p-型半导体, Ef在受主能级与满带之间。

《工业催化精品课件》催化三.四

《工业催化精品课件》催化三.四

指催化剂能够加速化学反应的能力,通常用催化活度表示。
指催化剂在反应中能够促进特定化学反应的进行,而不影响其 他反应的能力。
指催化剂在反应条件下能够保持活性、稳定性的能力,包括热 稳定性、化学稳定性和机械稳定性等。
指催化剂的制备方法和原料是否易于获取,以及生产成本的高 低。
催化剂的制备方法
01
物理混合法
选择合适的催化剂
根据不同的工业催化过程,选择具有高活性、 高选择性、长寿命的催化剂。
优化反应条件
通过调整温度、压力、空速等反应条件,提 高工业催化过程的效率和产物质量。
改进工艺流程
通过对工业催化过程的工艺流程进行改进, 降低能耗和物耗,提高生产效率。
加强催化剂再生与循环利用
对失效的催化剂进行再生或循环利用,降低 生产成本并减少环境污染。
工业催化精品课件:催化三.四
目录
• 工业催化的定义与重要性 • 催化反应的原理与类型 • 催化剂的种类与特性 • 工业催化过程与设备 • 工业催化的未来发展与挑战
01
工业催化的定义与重要性
工业催化的定义
工业催化是指通过催化剂的作 用,加快化学反应速率,促进 物质转化的过程。
催化剂是一种能够改变化学反 应速率但不改变反应总热力学 平衡的物质。
在催化剂的作用下,重质烃类在高温下 发生裂解反应,生成轻质油品和裂化气。
烷基化
在催化剂的作用下,烷烃与烯烃发生 反应,生成异构烷烃和烷基化油。
催化重整
在催化剂的作用下,将低辛烷值的直 馏汽油转化为高辛烷值的汽油和苯、 甲苯等芳烃。
合成氨
在催化剂的作用下,氮气和氢气反应 生成氨。
工业催化设备
固定床反应器
工业催化过程通常涉及化工、 石油、环保等领域,是实现物 质转化和利用的重要手段。

工业催化3.3-金属及合金催化剂及其催化作用ppt课件

工业催化3.3-金属及合金催化剂及其催化作用ppt课件
d% 不仅以电子因素关联金属催化剂的活性,而 且还可以原子间距和格子的空间几何因素去关联。因 为金属晶格的单键原子半径与 d% 有直接关系。
一般 d%可用于解释多晶催化剂的活性大小,但 不能说明晶面上的活性差别。
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
金属晶格间距与乙烯加氢活性的关系
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
4.表面原子水平的不均匀性和催化活性
金属催化剂的表面是不均匀的,存在着各种不同 类型的表面位。可用原子表面的TSK模型:即台阶 (Terrace)、梯阶(Step)、和拐折(Kink)模型。 在表面上存在的拐折、梯阶、空位、附加原子等表面 位,对催化反应而言,都是活性较高的部位。
Fcc 面心立方
Bcc 体心立方
Hcp密排六方
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植,但 对于大 面积烧 伤病人 来讲, 健康皮 肤很有 限,请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
头二类为主要的金属催化剂。几乎所有的金属催化剂都是过 渡金属。而过渡金属催化剂的活性组分是第Ⅷ族和第ⅠB族金属。

工业催化原理ppt课件

工业催化原理ppt课件
CFSE对催化作用的影响
➢ 对六配位的八面体按SN-1机理进行反应时将形成 五配位中间过渡态构型。按SN-2机理进行时将形 成七配位的中间过渡态构型。
按配位场理论进行的过渡金属氧化物
催化过程
如果我们把吸附物当作配位体,多相催化过程可 以看作是均相配位(络合)催化过程的一个特例。
这样多相反应过程的吸附过程可以引起(稳定化 能)CFSE的变化。如在岩盐型结构氧化物(100) 表面金属离子的配位构型 退过吸附会从正方锥体 五配位变成八面体(六配位)。按SN-1机理吸附 作用对弱场中电子构型为d3和d8离子CFSE是有 利的。相反对反应物脱附来说则弱场中的d4和d9 离子和对强场中的d2,d7,d9离子有利。
B)对于施电子气体吸附(以H2为例)
➢ 对于H2来说,不论在n型还是p型氧化物上以正离 子(H+)吸附于表面,在表面形成正电荷,起施主 作用。
吸附气 半导体类 吸附物种 吸附剂 吸附位
EF


受电子 气体 (O2)
N型 V2O5)
O2→O2O-,O22-,O2-
P型 Cu2O
O2→O2O-,O22-,O2-
晶体场稳定化能(CFSE)
晶体场稳定化能(CFSE)
➢ d电子处于未分裂的d轨道的总能量和它们进入分 裂的d轨道的总能之差。即d电子从未分裂的d轨 道进入分裂后的d轨道后产生的总能量下降值。
➢ 这种由于中心离子(或原子)d轨道的分离,给予 氧化物(络合物)额外的稳定能,称这种能量为 稳定化能(CFSE)
半导体催化剂化学吸附与催化作用
1、化学吸附 A)受电子气体吸附(以O2为例) (1)在n型半导体上吸附
O2电负性大,容易夺导带电子,随氧压增大而使 导带中自由电子减少,导电率下降。另一方面在 表面形成的负电层不利于电子进一步转移,结果 是氧在表面吸附是有限的。

工业催化失活与再生PPT课件

工业催化失活与再生PPT课件

05
结论
对工业催化失活与再生的总结
工业催化在化学工业中具有重要作用,但失活是 长期存在的问题,再生是解决失活的有效方法。
再生技术包括物理再生和化学再生,物理再生包 括加热、超声波、微波等,化学再生包括氧化、 还原、酸碱处理等。
工业催化的失活主要原因是催化剂活性组分烧结 、流失、中毒和热稳定性差。再生技术可以有效 恢复催化剂的活性,延长催化剂使用寿命,降低 生产成本。
再生技术在实际应用中取得了一定的效果,但仍 存在一些问题,如再生效率不高、对环境有污染 等,需要进一步研究和改进。
对未来工业催化发展的展望
随着环保意识的提高和能源消耗的增 加,工业催化将面临更大的挑战和机 遇。
新型工业催化材料的研发和应用将为 解决工业催化失活问题提供新的思路 和方法。
未来工业催化的发展方向包括开发高 效、环保、低成本的催化剂和再生技 术,以及拓展工业催化的应用领域。
热失活是由于高温下催化剂的热稳定性差导致活性降低。
工业催化再生技术原理
针对不同的失活原因,工业催化再生技术采用不同的物理或化学手段,如氧化再生、还 原再生、水热再生等。这些技术通过清除积碳、解除中毒、改善烧结和热稳定性等手段,
使催化剂恢复活性。
工业催化再生技术的应用与实例
应用领域
工业催化再生技术广泛应用于石油、化工、制药等领域。在这些领域中,催化剂 的失活问题普遍存在,工业催化再生技术的应用可以大大提高生产效率和经济效 益。
增加生产成本
需要频繁更换催化剂或增加再生次数,增加 了维护和运营成本。
产品质量问题
催化失活可能影响产品质量,导致产品纯度 下降或产生副产物。
安全风险
催化失活可能导致反应失控或产生有害物质, 增加安全风险。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
相关文档
最新文档