绿色化学—讲义催化剂1
绿色催化剂介绍课件
离子液体催化剂
离子液体的定义
离子液体催化剂的催化机制
由有机阳离子和无机阴离子组成的熔融盐
通过离子液体中的阴阳离子与反应物的相 互作用实现催化反应
离子液体催化剂的优点
可设计性、稳定性好、环保
离子液体催化剂的应用
烷基化反应、酯化反应、加氢反应等
03 绿色催化剂的应用实例
在有机合成中的应用
总结词
高效、环保、选择性高
绿色催化剂在未来的应用前景
总结词
随着环保法规的日益严格和人们对环保意识的提高， 绿色催化剂在未来的应用前景将更加广阔，它们将在 化工、制药、新能源等领域发挥重要作用。
详细描述
未来，绿色催化剂将在化工、制药、新能源等领域得 到广泛应用，如用于生产环保型塑料、生物可降解农 药、太阳能电池等产品，为解决全球环境问题提供有 力支持。同时，随着技术的不断进步和应用领域的拓 展，绿色催化剂的发展前景将更加广阔。
详细描述
传统催化剂在化学反应中虽然能够提高反应速率，但是 往往会导致副反应的发生，降低目标产物的选择性。相 比之下，绿色催化剂具有更高的选择性，能够更有效地 促进目标反应的进行，减少副产物的生成。此外，传统 催化剂往往具有一定的毒性，对操作人员的健康和环境 造成威胁，而绿色催化剂通常具有更低的毒性，对环境 和人体健康的危害较小。最后，绿色催化剂的使用还能 够减少废弃物的产生和排放，更符合环保理念和可持续 发展要求。
详细描述
绿色催化剂在有机合成中发挥着重要作用，能够高效地促进化学反应的进行， 同时具有环保和选择性高的优点。例如，某些金属催化剂可以用于烯烃的氢化 反应、羰基化反应等，从而实现高效、环保的合成目标。
在制药工业中的应用
总结词
安全性高、生产效率高、减少废物产生
催化剂的作用及在绿色化学的作用
二、催化剂在化学反应中的作用以及催化科学和技术对绿色化学发展的重要作用评分标准：1.催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率，可控制反应产物化学物种的选择性控制产物的立体规整结构，定向不对称合成旋光异构体丙烯酸+氢生产与温度控制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性,具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。
（50分）2.催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。
在污染防治（减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放；减少挥发性有机溶剂的使用等；）活化新的反应原料，催化与反应过程的改善等方面都有重要应用。
（50分）催化剂的作用及在绿色化学的作用摘要本文主要阐述了催化剂和催化反应的概念，发展历史，主要特点等。
以及催化剂在绿色化学中所起的催化作用和所作的研究，以及成果。
关键词催化剂催化反应绿色化学1催化剂及催化反应发现的历史催化剂最早由瑞典化学家贝采里乌斯发现。
一百多年前，有个魔术“神杯”的故事。
有一天，瑞典化学家贝采里乌斯在化学实验室忙碌地进行着实验，傍晚，他的妻子玛利亚准备了酒菜宴请亲友，祝贺她的生日。
贝采里乌斯沉浸在实验中，把这件事全忘了，直到玛丽亚把他从实验室拉出来，他才恍然大悟，匆忙地赶回家。
一进屋，客人们纷纷举杯向他祝贺，他顾不上洗手就接过一杯蜜桃就一饮而尽。
当他自己斟满第二杯酒干杯时，却皱起眉头喊道：“玛利亚，你怎么把醋拿给我喝！”玛利亚和客人都愣住了。
玛丽亚仔细瞧着那瓶子，还倒出一杯来品尝，一点儿都没错，确实是香醇的蜜桃酒啊！贝采里乌斯随手把自己倒的那杯酒递过去，玛丽亚喝了一口，几乎酸的吐了出来，也说：“甜酒怎么一下子变成醋酸啦？”客人们纷纷凑近来，观察着，猜测着这“神杯”发生的怪事。
贝采里乌斯发现，原来酒杯里有少量黑色粉末。
他瞧瞧自己的手，发现手上沾满了在实验室研磨白金时给沾上的铂黑。
他兴奋地把那杯酸酒一饮而尽。
原来，把酒变成醋酸的魔力是来源于白金粉末，是它加快了乙醇和空气中的氧气发生化学反应，生成醋酸。
催化剂在绿色化学中的重要性
催化剂在绿色化学中的重要性在当今追求可持续发展和环境保护的时代，绿色化学的理念日益深入人心。
绿色化学旨在设计和开发对环境友好、资源高效利用的化学过程和产品，以减少或消除化学工业对环境的负面影响。
而在实现绿色化学的目标中，催化剂扮演着至关重要的角色。
首先，我们需要了解什么是催化剂。
简单来说，催化剂是一种能够改变化学反应速率，但在反应前后自身的化学性质和质量不发生改变的物质。
它通过降低反应的活化能，使反应更容易发生，从而加快反应速度或者使原本难以进行的反应能够在较为温和的条件下进行。
在绿色化学中，催化剂的重要性体现在多个方面。
其一，催化剂能够提高化学反应的选择性。
这意味着它可以引导反应朝着生成特定产物的方向进行，减少副反应的发生，从而提高原料的利用率，降低废弃物的产生。
例如，在某些有机合成反应中，使用特定的催化剂可以精准地控制反应的路径，只生成我们需要的目标产物，避免了不必要的副产物的形成，这不仅提高了反应的效率，还减少了后续分离和纯化的难度，降低了能源消耗和环境污染。
其二，催化剂有助于降低反应的条件。
许多化学反应需要在高温、高压等苛刻条件下才能进行，这不仅消耗大量的能源，还可能带来安全隐患和设备损耗。
而优秀的催化剂能够使反应在较为温和的温度、压力下顺利进行，从而大大降低了生产过程中的能耗和成本。
比如，在工业合成氨的过程中，传统方法需要高温高压的条件，但使用新型的催化剂后，可以在相对较低的温度和压力下实现高效的氨合成，显著节约了能源，同时也降低了对设备的要求。
其三，催化剂能够促进可再生资源的利用。
随着不可再生资源的日益枯竭，开发和利用可再生资源如生物质成为了化学工业的重要发展方向。
催化剂在将生物质转化为有用的化学品和燃料方面发挥着关键作用。
例如，通过催化加氢、氧化等反应，可以将生物质中的纤维素、木质素等成分转化为乙醇、丁醇等生物燃料，或者生产出各种高附加值的化学品，为可持续发展提供了有力的支持。
此外，催化剂在减少环境污染方面也具有显著的贡献。
第三章-绿色催化剂
八面沸石分子筛
八面沸石晶体是由β笼和六角柱笼构成， β笼中的四个 六元环通过氧桥按正四面体方式相互联接，构成立方晶 系。
β笼和六角柱笼围成八面沸石笼，八面沸石笼的最大空 口为12元环，孔道尺寸为0.9nm。
八面沸石包括X型和Y型两种沸石。两者差别在于铝含 量不同。八面沸石的单胞中所含硅、铝原子总数都是 192。X型和Y型沸石的单胞组成分别为：
分布在八元环上的Na+能挡住孔口，使NaA沸石孔径尺寸约为 0.4nm，故称为4A分子筛。——吸附乙醇、CO2、H2S、乙烯等。
NaA沸石中的70% Na+被Ca2+交换，八元环孔径可增至0.55nm， 此种沸石称为5A分子筛。——吸附丁醇，正构烷等。
相反NaA沸石中70%的Na+被K+交换,八元环孔径缩小到0.3nm， 此种沸石称为3A分子筛。——吸附水（水分子尺寸2.5 Å)
第三章 绿色催化剂
3.1 催化剂与绿色化学
据统计，80%以上的化学品生产都要经过催化反应。
成功实例
❖ 催化剂的作用主要是： 1.加快反应速度。
如合成氨反应在773K下，有 铁催化剂与无铁催化剂相比 较，反应速率提高2×107倍。
2.降低温度、压力。 3.提高选择性。
➢ 接触法制硫酸、 合成法制氨、氢 化法制硬化油等。
什么是催化剂？
❖ 能改变反应速率，而本身的组成、质量和化学性质 在反应前后均不发生变化的物质叫做催化剂。
催化剂的作用机理：
通过改变反应历程，降低反应 物活化能，从而达到加速反应 速度的目的。
催化剂的两个显著特征：
1．催化剂只能加速反应速度(正、 逆)而不能使平衡移动。
3．催化剂具有特殊的选择性。
绿色化学之催化剂(最全版)PTT文档
• 第一章 催化剂发展历程 • 第二章 催化剂 • 第三章 绿色催化剂
催化剂发展阶段
萌芽时期（20世纪以前） 奠基时期（20世纪初） • 金属催化剂 • 氧化物催化剂 • 液态催化剂 大发展时期（20世纪30～60年代） 规模扩大品种增加 • 有机金属催化剂 • 选择性催化剂 • 加氢精制催化剂 • 分子筛催化剂 • 大型合成氨催化剂系列
玻璃、硅溶胶等）、含铝化合物（水合氧化铝、铝盐等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）和水按适当比例混合，在热压釜中加热一定
时按反间硅应， 铝 必即比须析分具出：有开化分分高子为效端硫筛低的晶硅选。的体（择。性A1英型；8）国3、1中专硅年（利XP、.。菲Y型）利1、9高普硅世（斯Z纪SM获6-5型0得）年和二全代硅氧型，（化S开ili硫ca发lite在）了。铂用上氯氧化化铜成为三催氧 化剂使氯化氢进行氧化以制取氯气的迪肯过程。1875年德 按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛
M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。
国人E.雅各布在克罗伊茨纳赫建立了第一座生产发烟硫酸 按硅铝比分：分为低硅（A型）、中硅（X、Y型）、高硅（ZSM-5型）和全硅型（Silicalite）。
目前研究较多的固体酸有如下几种：
的接触法装置，并制造所需的铂催化剂，这是固体工业催 在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变最终产品的结构,如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。
优先吸附H2烧OH2硫SNH磺3等极和性物硝质，石吸湿制性好硫酸的工厂，1746年英国J.罗巴克建立了 更 此新法换成代 本时 低期 ，铅（ 但产2室0品世纯纪反度70不～应及80水器年热代合，）成法生。 产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一
绿色化学—催化剂
选择性催化剂 选择性氧化用混合催化剂的发展 选择性氧化是获得有机化学品 的重要方法之一，早已开发的氧化钒和氧化钼催化剂，选择性都不够 理想，于是大力开发适于大规模生产用的高选择性氧化催化剂。 1960 年俄亥俄标准油公司开发的丙烯氨化氧化合成丙烯腈工业过程投产， 使用复杂的铋-钼-磷-氧／二氧化硅催化剂，后来发展成为含铋、钼、 磷、铁、钴、镍、钾 7种金属组元的氧化物负载在二氧化硅上的催化剂。 60年代还开发了用于丁烯氧化制顺丁烯二酸酐的钒-磷-氧催化剂，用于 邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐的钒- 钛-氧催化剂，乙烯氧氯化用的氯 化铜催化剂等，均属固体负载型催化剂。在生产方法上，由于浸渍法 的广泛使用，生产各种不同性质的载体也成为该工业的重要内容，包 括不同牌号的氧化铝、硅胶及某些低比表面积载体。由于流化床反应 技术从石油炼制业移植到化工生产，现代催化剂厂也开始用喷雾干燥 技术生产微球型化工催化剂。在均相催化选择性氧化中最重要的成就 是1960年乙烯直接氧化制乙醛的大型装置投产，用氯化钯-氧化铜催化 剂制乙醛的这一方法称瓦克法。 加氢精制催化剂 加氢精制催化剂的改进 为了发展石油化工，出现大量用于石油 裂解馏分加氢精制的催化剂，其中不少是以前一时期的金属加氢催化 剂为基础予以改进而成的。此外，还开发了裂解汽油加氢脱二烯烃用 的镍-硫催化剂和钴-钼-硫催化剂，以及烃液相低温加氢脱除炔和二烯 烃的钯催化剂。
固体催化剂的工业应用 1966年英国卜内门化学工业公司开发低压合成甲醇催化剂，用铜锌-铝-氧催化剂代替了以往高压法中用的锌-铬-铝-氧催化剂，使过程 压力从 24～30MPa降至5～10MPa，可适应当代烃类蒸汽转化制氢流 程的压力范围，达到节能的目的。这种催化剂在70年代投入使用。为 了达到提高生产负荷、节约能量的目标，70年代以来固体催化剂造型 日益多样化，出现了诸如加氢精制中用的三叶形、四叶形催化剂，汽 车尾气净化用的蜂窝状催化剂，以及合成氨用的球状、轮辐状催化剂。 对于催化活性组分在催化剂中的分布也有一些新的设计，例如裂解汽 油一段加氢精制用的钯／氧化铝催化剂，使活性组分集中分布在近外 表层。 分子筛催化剂的工业应用 继石油炼制催化剂之后，分子筛催化剂也成为石油化工催化剂的 重要品种。70年代初期，出现了用于二甲苯异构化的分子筛催化剂， 代替以往的铂/氧化铝；开发了甲苯歧化用的丝光沸石(M-分子筛)催化 剂。1974年莫比尔石油公司开发了ZSM-5型分子筛，用于择形重整， 可使正烷烃裂化而不影响芳烃。70 年代末期开发了用于苯烷基化制乙 苯的ZSM-5分子筛催化剂，取代以往的三氯化铝。80年代初，开发了 从甲醇合成汽油的ZSM-5分子筛催化剂。在开发资源、 发展碳一化学 中，分子筛催化剂将有重要作用。
绿色化学—催化剂1
目前研究较多的固体酸有如下几种：
沸石分子筛
杂多酸催化剂
超强酸
离子交换树脂
⑴ 沸石分子筛 沸石分子筛是由 SiO4 或 AlO4 四面体 连接成的三维骨架所构成。 Al 或 Si 原子 位于每一个四面体的中心，相邻的四面 体通过顶角氧原子相连。
M2/nO· Al2O3· mSiO2· pH2O
催化剂应有较好的活性及选择性。
绿色催化剂定义
绿色化学它对化学反应的要求是： ①采用无毒、无害的原料； ②在无毒无害及温和的条件下进行； ③反应必须具有高效的选择性； ④产品应是环境友好的。 这四点要求之中有两点涉及到催化剂， 人们将这类催化反应称为绿色催化反应， 其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。
超强酸分类
固体本身型 负载型
例：TiO2-SO42-
H-ZSM-5
例：SbF5/SiO2-Al2O3 含卤素型 活性高，稳定性较差，原 料价格高，有腐蚀性 不含卤素型 以SO42-为促进剂的锆系（ SO42-/ZrO2）、钛系、铁系（SO42-/Fe3O4）以 金属氧化物为促进剂，如WO3/Fe3O4等
3、环境保护催化剂的工业应用
1975年美国杜邦公司生产汽车排气净化催化
剂，采用的是铂催化剂，铂用量巨大， 1979年占
美国用铂总量的57％，达23.33t。目前，环保催
化剂与化工催化剂（包括合成材料、有机合成和 合成氨等生产过程中用的催化剂）和石油炼制催 化剂并列为催化剂工业中的三大领域。
三、绿色催化剂的分类
CH3CH2CHCH3
OH
Cat -H2
O
CH3CH2CCH3
新方法：
CH3CH2CH=CH2 + 1/2 O2
Pd/杂多酸
四川大学《绿色化学》习题答案第五章
第五章绿色化学方法答案1.什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义?答:催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率（合成氨中的Fe-K2O Al2O3），可控制反应产物化学物种的选择性（乙烯选择性氧化的不同催化剂：PdCl2-V配合物， Ag/ Al2O3，Ni），控制产物的立体规整结构（丙烯的聚合：氧气或过氧化物，Ziegler-Natta），定向不对称合成旋光异构体（Ru手性膦配合物用于 2—（6—甲氧基－2萘基）丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸），与温度控制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性（甲烷氧化生产合成气中的Ni / Al2O3 )，具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。
催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用.在污染防治（减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放；减少挥发性有机溶剂的使用等；）活化新的反应原料，催化与反应过程的改善（乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成）等方面都有重要应用。
2.相比于传统的氧化剂,哪些是新型的绿色氧化剂？他们各有什么特点？答：传统的氧化剂有：NaClO， NaBrO， HNO3, KHSO3；CrO3, KMnO4, KCr2O7等,主要的缺点有：产生大量的盐废物，产生大量的废气和废水，产生大量的有毒有害的重金属离子.新型的绿色氧化剂有：（1）O2：氧气是最清洁的氧化剂；受限于它的氧化条件，通常伴随有其它辅助性的氧化/还原剂（2）H2O2：过氧化氢含有47％的活性氧成分，而且其还原产物为水，不会对环境造成污染;但过氧化氢比O2和O3都贵，且在室温条件可以分解.（3）O3：臭氧也是一种对环境有好的氧化剂，它的还原产物O2，但O3通常需要特殊的发生装置（4）N2O：N2O在参与氧化后的产物为N2，不对环境造成危害,但是N2O的合成比较复杂,成本较高（5）晶格氧：可以在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应，能大幅度提高烃类选择氧化的选择性,而且因不受爆炸极限的限制，可提高原料浓度,时反应物容易分离回收，是控制深度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新技术。