第14章 催化过程中应用的几种耦合技术
催化科学与技术
1.3 催化方面常用术语简介
1.3 催化方面常用术语简介
(1) 催化剂的活性：判断催化剂加速某化学反应能力高低的量度。 (2) 催化剂的比活性：催化剂的比活性是相对于催化剂某一特定 性质而言的活性。例如：催化剂每m2的活性。 (3) 催化剂的选择性：催化剂有效地加速平行反应或串联反应中 的某一个反应的性能。 (4) 催化剂的稳定性：根据催化剂的定义，催化剂在反应前后的 性质是不变的．但是实际上，催化剂在使用过程中、其活性 和选择性都会逐渐下降，影响催化剂稳定性的原因是各种各 样的，催化剂的稳定性可分为： (a) 耐热稳定性：—种良好的催化剂，应能在高温苛刻的反应 条件下长期具有一定水平的催化性能。这就要求催化剂在剧 烈放热或吸热的反应过程中有良好的导热性能：有较高的
催化科学与技术
催化科学与技术八大领域：
1.多相催化科学与技术 2.均相催化科学与技术(包括负载络合催化, 均相过程多相化). 3.光,电催化科学与技术(光催化与电极催化过程). 4.酶催化科学与技术(酶的结构与性能,酶改性,酶浓集和固定化,
酶的分离和负载以及仿酶催化).
5.催化分离科学与技术(催化蒸馏,催化膜反应,催化萃取) 6.催化材料科学与技术
1.2 催化过程有关文献
1. Chemtech; 2: Chemical and Engineering News; 3: Chemical Engineering; 4: Chemical Engineering Progress; 5: Hydrocarbon Processing; 6: Oil and Gas Journal 1: 化工学报; 2: 化学工程; 3: 化学工程与工艺; 4: 工业催化; 5: 天然气化工; 6：石油化工 三、专利文献 国家对发明者的知识产权通过专利予以保护。它可以保护专利 的发明人，使其对这种技术产权不受竞争者的侵犯，这是政府 给予专利申请人的权利。如果第三者要在生产中使用这种技术，
耦合催化技术进展
耦合催化技术进展吴永忠【摘要】介绍了耦合催化的优势及其开发研究进展,指出催化反应间的耦合催化技术研究关键在于开发适用于两个或多个催化反应的高效、稳定的催化剂,特别是催化剂的选择性与稳定性,这也是今后进一步研究的主攻方向.【期刊名称】《河南化工》【年(卷),期】2011(028)002【总页数】4页(P3-6)【关键词】催化反应;耦合;技术进展【作者】吴永忠【作者单位】南京化工职业技术学院应化系,江苏,南京,210048【正文语种】中文【中图分类】TQ426.94随着化工环保和经济效益要求的不断提高，高效的新技术开发层出不穷，反应耦合技术是其中较为成功的一项技术。
近年来，反应耦合技术研究报道较多，但多集中于反应与分离等的耦合［1－4］。
催化反应与催化反应之间耦合的报道相对较少［5－6］。
事实上，反应与反应之间耦合特别是催化反应耦合的重要性和技术经济性比反应与分离等的耦合更好。
反应与反应之间耦合一般具有三个优势:①实现反应产物中副产物原位利用，一方面通过反应过程中的副产物原位利用，打破原反应的化学平衡，使主产物的产率大幅度提高，提高原有装置的生产效率，从而大幅度提高原有生产装置的经济效益，另一方面因为副产物原位利用，减少或消灭副产物的污染，使原有反应装置的安全性、环保性等大幅度提高;②通过反应热原位利用，降低生产装置的能耗;③降低极端反应(强放热、强吸热反应等)的操作难度，改善反应器的温度分布，提高主产物的选择性，从而提高主产品的产品质量等。
由于催化反应耦合技术具有十分诱人的前景，国内外均开展了相关研究。
本文主要介绍催化反应间的耦合催化剂开发现状与发展方向。
催化反应耦合催化技术面比较广泛，如催化加氢与催化脱氢反应间的耦合、催化脱水与催化水合反应间的耦合、吸热反应与放热反应间的耦合等，其中有些研究报道较少，本文主要介绍近年来研究、开发较为集中的反应间的催化耦合技术。
2.1 苯乙烯制备中的耦合技术苯乙烯是石油化工重要的基本原料之一，主要用于制造聚合物聚苯乙烯树脂、丙烯腈丁二烯—苯乙烯共聚物、不饱和聚酯树脂、离子交换树脂、合成树脂涂料及绝缘体等材料，苯乙烯还可用于制药、染料、农药以及选矿等行业，用途十分广泛。
简述催化法的原理及应用
简述催化法的原理及应用1. 催化法的原理催化法是一种化学反应中常用的技术方法，其通过添加催化剂，加速反应速率而不改变反应体系的组成和平衡。
催化剂在反应中起到了降低反应能垒的作用，从而提高反应速率。
催化法的原理主要包括以下几个方面：1.1 催化剂的作用机制催化剂通过与反应物接触形成活性中间体，降低了反应物的活化能，使反应速率增加。
催化剂在反应中通常参与反应，但在反应结束时，催化剂被再生，能量和物质并没有净消耗。
1.2 催化剂的种类催化剂的种类有很多，常见的包括金属催化剂、酶催化剂、酸碱催化剂等。
不同类型的催化剂在不同的反应中有不同的应用。
1.3 反应速率的表达式催化反应速率与反应物浓度的关系可以用速率方程来表示。
对于简单的一级催化反应，速率方程可以表示为：Rate = k[A]，其中，k为速率常数，[A]为反应物A的浓度。
2. 催化法的应用催化法在化学领域有着广泛的应用，以下列举了其中几个常见的应用领域：2.1 石化工业中的催化剂应用催化剂在石化工业中起到了至关重要的作用。
例如，裂化催化剂用于石油的裂化反应，改善汽油的质量和产量；脱氢催化剂用于芳烃的脱氢反应，生产乙烯和丙烯等化工原料。
2.2 净化工业废气的催化剂应用催化剂广泛应用于工业废气的净化，通过催化反应将有害气体转化为无害物质。
常见的应用包括氮氧化物的催化还原和氧化、有机废气的催化燃烧等。
2.3 化学合成过程中的催化剂应用催化剂在化学合成过程中也扮演着重要角色。
例如，氧化剂、还原剂和酶类催化剂常用于有机合成反应中，有效地提高了反应速率和产率。
2.4 能源转化领域的催化剂应用能源转化领域也是催化剂的重要应用领域。
例如，光催化剂和电催化剂可用于太阳能和化学能的转化，有效地提高能源的转换效率。
3. 催化法的优势和展望催化法作为一种绿色化学技术在环保和能源领域具有巨大的潜力和优势。
其能提高反应速率，减少反应温度和能量消耗，降低主要产物和副产物的选择性，同时能减少废物和污染物的产生。
化学催化技术的研究与应用
化学催化技术的研究与应用化学催化技术是一门研究催化剂及其在化学反应中起催化作用的科学。
催化剂是一种能够改变化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后不发生变化的物质。
化学催化技术在许多领域有着广泛的应用，包括工业生产、环境保护、能源转换等。
一、催化剂的类型催化剂可以根据其化学性质和作用机理分为以下几类：1.氧化还原催化剂：通过参与氧化还原反应，改变反应物和产物的氧化态，从而加速反应速率。
2.酸碱催化剂：通过提供或接受质子，改变反应物和产物的化学性质，从而加速反应速率。
3.络合催化剂：通过与反应物形成络合物，改变反应物分子结构，从而加速反应速率。
4.表面活性剂催化剂：通过降低界面张力，增加反应物之间的接触面积，从而加速反应速率。
二、化学催化技术的研究内容化学催化技术的研究主要包括以下几个方面：1.催化剂的制备：研究不同催化剂的制备方法，以获得具有高活性、高稳定性和选择性的催化剂。
2.催化剂的结构与性能关系：研究催化剂的结构对其催化性能的影响，以指导催化剂的设计和优化。
3.催化剂的反应机理：研究催化剂在化学反应中的作用机理，以揭示反应过程和提高催化剂的催化效率。
4.催化剂的再生和循环利用：研究催化剂的再生和循环利用技术，以降低催化剂的使用成本和环境污染。
三、化学催化技术的应用领域化学催化技术在许多领域有着广泛的应用，以下列举几个主要应用领域：1.合成化学：化学催化技术在合成化学中起着重要作用，如聚合反应、偶联反应、氧化还原反应等。
2.环境保护：化学催化技术在环境保护中有着重要的应用，如汽车尾气净化、工业废气处理、废水处理等。
3.能源转换：化学催化技术在能源转换领域有着重要的应用，如合成燃料、燃料电池、催化燃烧等。
4.化学武器销毁：化学催化技术在化学武器销毁中有着重要的应用，如炸药分解、有毒气体转化为无害物质等。
综上所述，化学催化技术是一门具有重要意义的科学技术，对于推动社会发展和改善人类生活具有重要作用。
化学反应中的三媒催化反应
化学反应中的三媒催化反应三媒催化反应是指在化学反应过程中，催化剂与反应物、产物之间存在三种不同的相互作用，即吸附、解离和生成。
催化剂通过吸附反应物分子，降低反应物的活化能，从而加速化学反应速率。
在三媒催化反应中，催化剂通常具有较高的活性、稳定性和选择性。
二、三媒催化反应的类型1.单分子催化：反应过程中，催化剂仅与反应物分子发生相互作用，如氧化还原反应、加成反应等。
2.双分子催化：反应过程中，催化剂同时与两个反应物分子发生相互作用，如酸碱催化、氢转移反应等。
3.多分子催化：反应过程中，催化剂与多个反应物分子发生相互作用，如聚合反应、歧化反应等。
三、三媒催化反应的机理1.吸附：催化剂表面吸附反应物分子，形成吸附复合物。
2.解离：吸附复合物中的化学键断裂，生成中间产物。
3.生成：中间产物在催化剂表面重新组合，形成产物分子。
四、三媒催化反应的特点1.高效：催化剂能显著降低反应活化能，提高反应速率。
2.选择性：催化剂对特定反应物具有选择性，有利于目标产物的生成。
3.稳定性：催化剂在反应过程中不易失活，可重复使用。
4.适用范围广：三媒催化反应适用于多种化学反应，如有机合成、环境保护、能源转换等。
五、三媒催化反应的应用1.有机合成：通过三媒催化反应，可以实现复杂有机分子的合成，提高产物的产率和纯度。
2.环境保护：三媒催化反应在环境保护领域具有重要作用，如废气净化、废水处理等。
3.能源转换：三媒催化反应在能源转换领域也有广泛应用，如燃料电池、光催化分解等。
六、研究现状与展望近年来，三媒催化反应的研究取得了显著进展，新型催化剂和催化机理不断被发现。
然而，三媒催化反应仍面临一些挑战，如催化剂设计、反应动力学、催化机理等。
未来研究将继续关注催化剂性能的提高、反应条件的优化以及催化应用领域的拓展。
综上所述，化学反应中的三媒催化反应具有重要的理论和实际应用价值。
通过对三媒催化反应的研究，可以为化学工业、环境保护和能源转换等领域提供更多高效、绿色、可持续的解决方案。
耦合技术促进废物资源化研究
耦合技术促进废物资源化研究一、耦合技术概述耦合技术是一种将不同领域的技术或过程相互连接，以实现资源的高效利用和废物的资源化利用的创新方法。
这种技术在多个行业中得到应用，特别是在环境保护和资源回收领域。
耦合技术的核心在于通过技术整合，提高资源的循环利用率，减少废物的产生和对环境的影响。
1.1 耦合技术的定义与特点耦合技术通常涉及多个学科和技术的交叉应用，其特点包括系统性、集成性和创新性。
系统性体现在对整个生产过程的全面考虑，集成性则体现在不同技术或过程的有机结合，而创新性则体现在新技术或新方法的开发和应用。
1.2 耦合技术的应用领域耦合技术的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 工业生产中的废物减量与资源回收- 农业中的有机废物循环利用- 城市固体废物的处理与资源化- 能源生产中的余热余压利用二、耦合技术的研究进展耦合技术的研究是一个不断发展的领域，随着科技的进步和社会需求的变化，新的耦合技术和方法不断涌现。
2.1 耦合技术的理论基础耦合技术的理论基础涉及多个学科，包括热力学、化学工程、环境科学等。
这些理论为耦合技术的设计和优化提供了科学依据。
2.2 耦合技术的关键技术耦合技术的关键技术包括：- 废物分类与预处理技术- 废物转化技术，如热解、气化、发酵等- 能量回收技术，如余热发电、热泵技术等- 系统集成与优化技术，如工艺流程设计、设备集成等2.3 耦合技术的发展趋势耦合技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：- 技术创新，开发更高效、更环保的耦合技术- 系统集成，实现不同技术或过程的高效整合- 智能化，利用信息技术提高耦合技术的自动化水平- 政策支持，通过政策引导和激励促进耦合技术的发展三、耦合技术促进废物资源化的实际应用耦合技术在废物资源化方面的应用已经取得了显著的成效，以下是一些具体的应用案例。
3.1 工业废物的耦合处理与资源化在工业生产过程中，通过耦合技术可以实现废物的减量化、无害化和资源化。
催化剂 异质结 耦合 核壳
催化剂异质结耦合核壳
催化剂异质结是指将两种或两种以上不同的催化剂材料以特定方式结合在一起形成的结构。
这种异质结的形成可以通过物理混合、涂层、负载等方法实现。
异质结催化剂的设计旨在结合不同催化剂的优点，以提高催化剂的活性、选择性和稳定性。
核壳结构是异质结的一种特殊形式，其中一种催化剂材料形成核心，另一种催化剂材料包裹在核心外部形成壳层。
核壳结构可以通过控制壳层的厚度、组成和结构来调节催化剂的性能。
这种结构可以提供更好的活性中心分布、传质效果和稳定性。
催化剂异质结和核壳结构的耦合可以进一步优化催化剂的性能。
通过合理设计和调控异质结和核壳结构的组成、形貌和界面性质，可以实现以下目标：
1. 提高催化剂的活性：异质结和核壳结构的耦合可以提供更多的活性中心，促进反应物的吸附和转化，从而提高催化剂的活性。
2. 改善催化剂的选择性：通过选择合适的催化剂材料和结构，可以调控反应路径，提高目标产物的选择性。
3. 增强催化剂的稳定性：核壳结构可以保护核心催化剂免受外界环境的影响，延长催化剂的使用寿命。
4. 优化催化剂的传质性能：异质结和核壳结构的设计可以改善反应物和生成物在催化剂表面的传质，提高反应速率和效率。
总而言之，催化剂异质结和核壳结构的耦合是一种有效的策略，用于设计和开发高性能催化剂，以满足各种化学反应的需求。
铃木耦合反应催化剂
铃木耦合反应催化剂
铃木耦合反应催化剂是一类重要的有机合成催化剂，其原理是利用钯催化剂促进芳基卤化物与芳基（或烯丙基）硼酸酯发生交叉耦合反应，形成新的芳香化合物。
以下是关于铃木耦合反应催化剂的几个方面。
一、催化剂的种类
铃木耦合反应的催化剂有多种，主要包括钯催化剂、镍催化剂等。
其中，钯催化剂是应用最广泛的一类，可分为三种类型：膦配体、膚配体和咪唑配体。
二、催化剂的作用机理
催化剂发挥作用的机理主要有两种：氧化加成机理和还原消除机理。
其中，氧化加成机理是最主要的，其过程中芳基卤化物先被钯催化剂的配体还原成钯卤化物，然后和硼酸酯形成配合物，最后通过加成反应形成新的化合物。
三、反应变量的影响
铃木耦合反应的反应变量对反应结果有很大的影响，主要包括反应物的种类和浓度、催化剂的种类和用量、溶剂种类和用量、温度和反应时间等。
合理地调节这些因素可以提高反应效率和产率。
四、应用领域
铃木耦合反应催化剂的应用领域非常广泛，特别是在药物合成、农药合成、天然产物化学合成等领域得到了广泛应用。
它可以有效地合成各种含芳环的化合物，进而促进新药和新材料的开发。
此外，铃木耦合反应催化剂也可用于有机光电器件、有机二极管等方面的研究，具有广阔的应用前景。
总之，铃木耦合反应催化剂是现代有机合成领域的一项重要技术，其工艺优越，合成效率高，使用方便，受到广泛关注。
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3、硝基苯经氢气还原的反应
可以提高产物苯胺的收率进100倍。
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1.5 膜反应器 1、涉及氢的膜反应器
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2、用于氧化反应的膜反应器
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二、催化与超临界流体应用的耦合
1、超临界流体的性质不同于普通液体和气体，而且可借助改变
温度和压力来调节；
2、物质在接近临近点时，其密度和黏度有很大变化；
32、019超-5-1临8 界流体的溶剂化能力谢比谢常观赏规流体小得多。
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2.3 超临界流体的应用领域 萃取、分离、色谱分析等； 由于超临界流体可同气体反应物共同形成单相的混合物，有时 可以使反应避免因传质决定的速控步骤，从而提高反应速率。
2.4 超临界技术在催化剂制备方面的应用
1、溶胶-凝胶方法与超临界干燥技术相结合，为制备混合氧化 物或者金属/金属氧化物催化剂提供很好的可行技术； 2、利用超临界流体性质在温度和压力变化不大的条件下可以调 节的特点来控制催化材料的颗粒大小和形貌； 3、超临界流体在颗粒成型技术中的应用： 1）超临界流体迅速膨胀技术 2）超临界反溶剂技术
第14章 催化过程中应用的几种 耦合技术
一、催化与膜技术的耦合
1.1 引言
膜技术在催化领域中的应用，涉及到膜催化剂、膜反应器和膜
分离技术的适当组合。
膜反应器是用膜材料制成反应器；
膜催化剂是应用膜式催化剂。
膜材料从孔结构可分为致密膜、多孔膜、微孔膜和超微孔膜等，
从材质上可分为无机膜（如金属膜、固体电解质、陶瓷膜和玻
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2.5 超临界流体在多相催化中的应用 1、烷基化反应 应用超临界流体技术进行烷基化反应的结果显示出较液相或气 相反应更高的催化活性及更长的寿命。
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2、加氢反应 在超临界流体存在的条件下，氢气与超临界流体可以完全互溶。
2019-Leabharlann -18谢谢观赏23、多孔膜
分子透过多孔膜材料的机理与空隙尺寸、温度、压力、膜及透 过分子的性质有关： 1）黏滞扩散/泊苏里扩散：膜材料平均孔径大于分子平均自由 程，分子不能分离；
2）努森扩散：不同分子可以相对独立地通过空隙；
3）表面扩散：一种分子可物理吸附或化学吸附在孔壁上，则
不发生吸附的分子可选择性通过孔隙；
4）多层扩散：一种分子同空隙表面有强烈的相互作用而形成
多层吸附，另一种分子可以扩散过去；
5）孔隙毛细管凝聚：一种分子在毛细管凝聚，另一种分子不
能扩散，一般发生在空隙非常细和温度相对低的情况；
6）分子筛：孔隙十分细，只允许直径小的分子通过。
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1.3 膜同催化剂的组合类型 1）作为分立的组成部分，把膜与催化剂分开； 2）把催化剂装在管状膜反应器中，把具有催化性能的材料制 成膜； 3）将具有催化性能的组分负载在膜载体上。
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2.6 超临界流体在均相催化反应中的应用 1、CO2加氢
2、加氢反应
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三、催化过程中的能量耦合 一般用于热效应很高的放热反应和吸热反应的联用。
甲烷氧化偶联制乙烯和乙烷经CO2脱氢制乙烯相耦合，得到乙 烯生成速率显著高于两个反应单独进行的叠加。
3、氧化反应
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超临界水相对于以空气或纯氧为氧化剂的催化氧化反应也十分 有效，尤其在消除废水中污染物时超临界水相有着广泛的应用。
在多相催化反应中使用超临界流动相所起的作用可概括为： 1）改善流动相的行为，消除气/液和液/液间传质阻力； 2）提高由外扩散控制的反应中反应物分子的扩散速率； 3）改善传热性能； 4）使反应产物较易分离； 5）可借调压来调节溶剂性质； 6）显示压力对反应速率的影响； 7）通过溶剂-溶质（反应物）的相互作用来控制反应的选择性。
2.1 临界温度与临界压力 无论用多大压力也不能够让气体液化的临界温度值叫该气体的 临界温度； 在临界温度下将气体液化所需的最低压力叫该物质的临界压力。
超临界流体是指物质的温度和压力均超过其相应的临界温度和 临界压力时而存在的单相。超临界流体兼有在常规条件存在的 气体和液体的性质。
2.2 超临界流体的一些特点
1.4 膜催化反应举例
1、催化脱氢反应
1）膜催化芳烃脱氢：Pd-Rh金属膜催化环己二醇脱氢制苯二 酚，收率95%，且无苯酚生成； 2）Pd膜反应器用于环己烷脱氢制苯，转化率100%。相同条 件下平衡转化率为18.7%。
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2、膜催化氧化反应
1）Ag膜用于甲烷氧化偶联生成C2； 2）利用透氧膜的透过氧离子的性能实现烃的选择氧化， 如 Ba-Sr-Fe-Co-O复合氧化物膜材料用于甲烷氧化偶联。
璃膜）和有机膜等。
膜催化可以打破催化反应过程无法突破的化学平衡问题。
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1.2 几种重要的无机膜 1、金属合金膜 Pd合金膜：透氢膜； Ag合金膜：透氧膜
2、固体电解质膜
选择传送H2和O2的ZrO2、ThO2、 CeO2膜等；选择传送F、C、N、 S的新型固体电解质膜；可使 Na+选择性透过的-Al2O3膜。