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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
5 绿色催化剂
Y型分子筛， 孔较大。
温度较低 （200～ 300℃）
多乙苯的量 稍大，需烷 基交换器。 乙苯纯度高。
运行周期 长，寿命 长（低温 积碳）。
8
㈡ 苯与丙烯烷基化反应制备异丙苯
CH2 CHCH3
Байду номын сангаас
CH(CH3)2
以液体酸为催化剂的液相合成法 ---
2009
9
固体磷酸催化法：
2H3PO4
CH2 CH CH3
分子筛的结构与分类：
组成 ：Mx/n[（AlO2）x（SiO2）y]ZH2O
丝光沸石的骨架结构
沸石分子筛是由SiO4或AlO4四面体连接成的三维骨架构 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，这样得到的骨架包含了孔、通道、空笼 或互通空洞。
沸石的类型有：A型沸石；X型沸石；Y型沸石；ZSM5沸石；丝光沸石；β 沸石等。 分子筛催化剂的催化作用：
H2PO4H4PO4+
H4PO4+
CH CH3
H CH3
CH3 H3PO4
CH3 CH CH3
CH CH3
CH3
CH CH3
H+
优点：无腐蚀，流程简单，反应器小，催化剂用量少；基本无 “三废”污染能耗低。
不足之处：在这种催化剂上不能进行脱烷基反应，二异丙苯和 三异丙苯是过程的副产物。且固体磷酸具有热不稳定性。
2009
21
◎异丁烯水合反应
(CH3)2C (CH3)2C CH2 H+ CH2 H+ HPAn(CH3)2C CH2 HPAnH+ [(CH3)3C]+ HPAnH2O (CH3)3COH H+
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。
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绿色化学之催化剂
• 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
• 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
固体超强酸的失活
①表面促进剂SO42-流失 酯化、脱水、 醚化过程中有水或水蒸气存在 ②催化剂表面吸附、脱附及表面反应 或积碳 ③体系中有毒物 ④促进剂被还原 S从+6价降至+4价， 使硫的电负性显著下降，配位方式变 化，导致酸强度减小而失活。
固体超强酸载体的改性
表面积，增加酸量、酸的种类，增强抗毒物 的能力。 ①其他金属或金属氧化物改性 如Al、 Al2O3、MoO3，金属氧化物的电负性和配 位数对与促进剂SO42-形成的配位结构有很大 影响有单配位、螯合双配位和桥式配位几种 形式，能产生较强的L酸和B酸中心。
更新换代时期
（20世纪70~80年代）
在这一阶段，高效率的络合催化剂
相继问世；为了节能而发展了低压作 业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋 多样化；出现了新型分子筛催化剂； 开始大规模生产环境保护催化剂；生 物催化剂受到重视。
1、高效络合催化剂
60年代，曾用钴络合物为催化剂生产。1970 年左右孟山都公司开发了低压法甲醇羰基化过 程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来 又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用 于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有 的钴络合物催化剂比较，具有很高的正构醛选 择性，而且操作压力低。
杂多酸是很强的质子酸。杂多酸酸性强度可 用以下方法来调控: （1）调整杂多酸负离子的组成元素。 （2）部分中和，形成酸性盐。 （3）形成不同金属正离子的酸性盐。 （4）形成有机碱的鎓盐。 （5）固载在不同的载体上。固载型杂多酸的酸 强度和催化活性取决于载体的类型、固载量和 预处理条件，最常用的载体是SiO2。
二、 催 化 剂 大发展时期 （20世纪30～ 发 60年代） 规模 展 扩大品种增加 阶 更新换代时期 段 （20世纪70～
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。
第五章 绿色催化剂
20世纪60-70年代，我国松花江流域也发生过化工 厂废水排放引起的甲基汞中毒事件。因受沿岸化工 厂和炼金厂含汞废水污染的影响，使当地大多数渔 民身受其害。1986年扶余市渔民宋某死后尸检发现， 其大脑、小脑、脊髓、肝脏、脾、肾、肺等17个器 官中含有汞和甲基汞。对全体渔民发汞含量做普查， 最高值达118.75μg/g。
fB f BH+
)
或
[B] H0 = pKa + log [BH + ]
（ a H+
式中：
a H+ 质子的活度
[H ] fH+ ）
[B]和[BH + ]分别代表中性碱及其共轭酸的浓度 f B , f BH+ 为相应的活度系数
L酸中心的酸强度
即反应是通过电子对从被吸附物转移到固体表面，则：
需要用金属离子来平衡电荷，最 常用Na+。
（2）分子筛结构的二级单元 —— 环
四面体通过氧桥相互连接，便形成环，由四个四面体组 成的环是四元环，五个组成为无元环，还有六元、八元、 十二元、十八元等。通常两个铝氧四面体不能直接相 连！！
孔 径
如果把各种环近似地看成圆形，其直径称为孔径， 那么各种环的孔径如下:
据测定水俣湾里的海产品含有汞的 量已超过可食用量的50倍，居民长 期食用此种含汞的海产品，自然就 成为甲基汞的受害者。
一旦甲基汞进入人体就会迅速溶解在 人的脂肪里，并且大部分聚集在人的 脑部，粘着在神经细胞上，使细胞中 的核糖酸减少，引起细胞分裂死亡。
而以鱼为主食的家猫和海鸟首当其难。
1972年，伊拉克也发生过大规模甲基汞中毒事件。当时从英国进 口一批麦种，是用甲基汞（杀菌剂）处理过的，并被染成红色以 作警示，包装袋上也贴有警告标签。但这一切并未引起人们的注 意，在青黄不接时农民就将种子表面颜色洗去，磨成面粉做面包， 从而引起中毒。事件发生后，当局命令将有毒面粉全部投入海中， 结果引发水俣病，累计死亡人数达5000人。
fB f BH+
)
或
[B] H0 = pKa + log [BH + ]
（ a H+
式中：
a H+ 质子的活度
[H ] fH+ ）
[B]和[BH + ]分别代表中性碱及其共轭酸的浓度 f B , f BH+ 为相应的活度系数
L酸中心的酸强度
即反应是通过电子对从被吸附物转移到固体表面，则：
需要用金属离子来平衡电荷，最 常用Na+。
（2）分子筛结构的二级单元 —— 环
四面体通过氧桥相互连接，便形成环，由四个四面体组 成的环是四元环，五个组成为无元环，还有六元、八元、 十二元、十八元等。通常两个铝氧四面体不能直接相 连！！
孔 径
如果把各种环近似地看成圆形，其直径称为孔径， 那么各种环的孔径如下:
据测定水俣湾里的海产品含有汞的 量已超过可食用量的50倍，居民长 期食用此种含汞的海产品，自然就 成为甲基汞的受害者。
一旦甲基汞进入人体就会迅速溶解在 人的脂肪里，并且大部分聚集在人的 脑部，粘着在神经细胞上，使细胞中 的核糖酸减少，引起细胞分裂死亡。
而以鱼为主食的家猫和海鸟首当其难。
1972年，伊拉克也发生过大规模甲基汞中毒事件。当时从英国进 口一批麦种，是用甲基汞（杀菌剂）处理过的，并被染成红色以 作警示，包装袋上也贴有警告标签。但这一切并未引起人们的注 意，在青黄不接时农民就将种子表面颜色洗去，磨成面粉做面包， 从而引起中毒。事件发生后，当局命令将有毒面粉全部投入海中， 结果引发水俣病，累计死亡人数达5000人。
环境科学中绿色催化剂的研究
环境科学中绿色催化剂的研究随着环保意识的逐渐普及和环境问题的日益突出，绿色催化技术已经成为环境科学领域最为热门的研究方向之一。
作为一种可持续、高效、环保的新型催化技术，绿色催化剂被广泛应用于有机合成、大气污染治理、废水处理等众多领域中，取得了显著的成果。
一、绿色催化剂的概述绿色催化剂是指可以在较温和的条件下（温度、气压等低于传统催化剂）促进化学反应的一种催化剂，具有无毒性、可降解性、高效性、使用时间长等特点。
绿色催化剂可以分为生物催化剂、酶催化剂、金属有机骨架催化剂、纳米催化剂等多种类型，其中以纳米催化剂的研究最为活跃。
二、绿色催化剂的研究进展随着人们对环境问题和绿色催化技术的认识不断提高，绿色催化剂的研究也越来越受到重视。
近年来，绿色催化剂的研究涉及到很多领域，包括有机合成、大气污染治理、废水处理等。
研究者们通过设计合适的绿色催化剂，实现了一系列高效的催化反应，如环氧化、脱氢氧化、氧化脱氢等反应。
绿色催化剂的研究还涉及到纳米材料技术。
纳米催化剂是一种新型的催化剂，具有高比表面积、独特的电子结构和优异的催化性能。
研究者们通过制备不同形貌、不同元素组成的纳米材料，实现了对目标反应的高效催化，这为研究催化剂表面性质与催化性能之间的关系提供了思路。
三、绿色催化剂在广泛应用领域中的作用绿色催化剂广泛应用于有机合成、大气污染治理、废水处理等众多领域中，并取得了显著的成果。
在有机合成中，绿色催化剂可以提高反应效率，降低催化剂的使用量和温度，减少副反应的产生，提高反应选择性。
在不断优化提高催化剂性能的基础上，绿色催化剂已经成为了现代有机合成中不可或缺的重要工具。
在大气污染治理方面，绿色催化剂可以降解空气中的有害物质，减少大气污染的危害。
研究者们通过对空气中的VOCs、NOx等有害物质进行催化氧化或选择性还原等反应，使这些有害物质转化为无害的水和二氧化碳等物质，降低大气中的有害物质浓度。
在废水处理中，绿色催化剂可以加速污染物的降解和去除。