《工业催化基础》课件(第1章 绪论)2014-1.ppt
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《工业催化基础》课件(第1章 绪论)2014-1
5、接触时间
指单位量的反应物料（体积或质量），在反应中通过单位量 催化剂（体积或质量）所用的时间。通常接触时间有两种计 算方法： • 空速的倒数 • 催化剂床层高度除以反应物料的线速度
精品课件
化工资源有效利用国家重点实验室
第三节 工业催化的常用术语
6、活性位
指催化剂中真正起催化作用的那些部位，通常也称为活性中心。 催化剂的活性位在不同的催化剂中是不一样的，它可以是一个质 子、固体表面的不饱和的原子、表面原子簇（cluster）、配位络 合物、蛋白质上的胶束囊（supermolecular pocket）等。在催 化反应中，反应物或中间物能吸附在它上面。
3、收率（Yield）
指给定反应产物的生成量和原料中某一组分加入量之比。如上述 反应中产物B的收率（Y）可表示为：
Y(%) B 100% A0
此式表明收率是转化率和选择性的乘积，一个催化剂只有同时具 有高转化率和高选择性，才具有高的活性。
另外，工业催化剂常以给定条件下(温度、压力、进料组成、进料 空速均一定)单位时间内，单位体积或单位质量催化剂所得产物的 量，即时空收率来表示。因为时空收率乘上反应器填装的催化剂 体积或质量，就能直接给出单位时间内生产的产物的量，或直接 给出完成一定的生产任务所需催化剂的体积或质量，所以时空收 率在生产和设计中使用起来很方便。
环境催化：指利用催化剂控制环境不能接收的化合物排放的化学过程，同时也 包括那些应用催化剂生产少污染的产物，以及能减少废物和无副产污染物的绿 色化学新过程。也就是说，应用催化剂可以将排放出的污染物转化成无害物质， 或者回收加以重新利用。可以在生产过程中尽可能地减少污染物的排放量，以 及无污染排放，并且用新的催化工艺制备化学品，取代对环境有害的物质，从 根本上解决环境污染问题。这些方面催化剂起着关键的作用，如SO2和NOx的 催化消除；机动车尾气的催化净化；工业有机废气的催化治理；室内空气污染 物的催化净化；水中有机污染物的催化治理；固体废气物的资源化和综合利用； CO2的回收、固定和再利用等。 精品课件
指单位量的反应物料（体积或质量），在反应中通过单位量 催化剂（体积或质量）所用的时间。通常接触时间有两种计 算方法： • 空速的倒数 • 催化剂床层高度除以反应物料的线速度
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第三节 工业催化的常用术语
6、活性位
指催化剂中真正起催化作用的那些部位，通常也称为活性中心。 催化剂的活性位在不同的催化剂中是不一样的，它可以是一个质 子、固体表面的不饱和的原子、表面原子簇（cluster）、配位络 合物、蛋白质上的胶束囊（supermolecular pocket）等。在催 化反应中，反应物或中间物能吸附在它上面。
3、收率（Yield）
指给定反应产物的生成量和原料中某一组分加入量之比。如上述 反应中产物B的收率（Y）可表示为：
Y(%) B 100% A0
此式表明收率是转化率和选择性的乘积，一个催化剂只有同时具 有高转化率和高选择性，才具有高的活性。
另外，工业催化剂常以给定条件下(温度、压力、进料组成、进料 空速均一定)单位时间内，单位体积或单位质量催化剂所得产物的 量，即时空收率来表示。因为时空收率乘上反应器填装的催化剂 体积或质量，就能直接给出单位时间内生产的产物的量，或直接 给出完成一定的生产任务所需催化剂的体积或质量，所以时空收 率在生产和设计中使用起来很方便。
环境催化：指利用催化剂控制环境不能接收的化合物排放的化学过程，同时也 包括那些应用催化剂生产少污染的产物，以及能减少废物和无副产污染物的绿 色化学新过程。也就是说，应用催化剂可以将排放出的污染物转化成无害物质， 或者回收加以重新利用。可以在生产过程中尽可能地减少污染物的排放量，以 及无污染排放，并且用新的催化工艺制备化学品，取代对环境有害的物质，从 根本上解决环境污染问题。这些方面催化剂起着关键的作用，如SO2和NOx的 催化消除；机动车尾气的催化净化；工业有机废气的催化治理；室内空气污染 物的催化净化；水中有机污染物的催化治理；固体废气物的资源化和综合利用； CO2的回收、固定和再利用等。 精品课件
第一章工业催化剂概述 PPT
1746年J、Roebuck 铅室法制硫 酸 第,一用个N现O2代作工气业相催催化化过剂程,实。现了
1811年,俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用,热得淀 粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉 水解生成糖。
萌芽时期
1835年,Berzelius首先提 出“催化作用”
1875年耶可布(Cjacob) 建立了以Pt为催化剂得 接触法生产硫酸得工业 方法,就是化学工业得重 要进步。
J、J、 Berzeli
奠基时期
1907年油脂加氢生产硬化油,为近代有机工业 得先河。 (法国Scbatier 1912年获诺贝尔化 学奖 )
1904开始德国化学家Haber研究合成氨催化 剂,(1918年获诺贝尔化学奖)
大发展时期
1929年由法国E、J、Houdry开发流化床催 化裂化工艺(FCC)
非催化: A+B→AB
催化剂C: A+C→AC
AC+B→AB+C
A+B→AB
合成氨: N2+H2→NH3 Fe催化剂:N2+*→2N*
NH*+H*→NH2*
H2+* → 2H * N*+H*→NH* NH2*+H*→NH3+*
在500℃时,合成氨E非催= 334、6KJ/mol,E催=70 KJ/mol
催化剂与催化作用
催化循环
AB
P
separation
catalyst
bonding
AB
catalyst
P
catalyst
reaction
Ethylene Hydrogenation
Ni
C2H4 + H2 C2H6
1811年,俄国科学家从科学意义 上最先发现了催化作用,热得淀 粉水溶液中添加盐酸时促进淀粉 水解生成糖。
萌芽时期
1835年,Berzelius首先提 出“催化作用”
1875年耶可布(Cjacob) 建立了以Pt为催化剂得 接触法生产硫酸得工业 方法,就是化学工业得重 要进步。
J、J、 Berzeli
奠基时期
1907年油脂加氢生产硬化油,为近代有机工业 得先河。 (法国Scbatier 1912年获诺贝尔化 学奖 )
1904开始德国化学家Haber研究合成氨催化 剂,(1918年获诺贝尔化学奖)
大发展时期
1929年由法国E、J、Houdry开发流化床催 化裂化工艺(FCC)
非催化: A+B→AB
催化剂C: A+C→AC
AC+B→AB+C
A+B→AB
合成氨: N2+H2→NH3 Fe催化剂:N2+*→2N*
NH*+H*→NH2*
H2+* → 2H * N*+H*→NH* NH2*+H*→NH3+*
在500℃时,合成氨E非催= 334、6KJ/mol,E催=70 KJ/mol
催化剂与催化作用
催化循环
AB
P
separation
catalyst
bonding
AB
catalyst
P
catalyst
reaction
Ethylene Hydrogenation
Ni
C2H4 + H2 C2H6
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。
催化作用导论 第一章 催化作用基础.ppt
二、催化剂和催化过程 在国民经济中的地位与作用
1、对工业及经济的影响 2、对科学技术的影响 3、对人类日常生活的影响 4、催化剂市场
对科学技术的影响
工业催化包括两方面的工作： • 催化科学前沿领域工作（包括新型催
化剂的研制、开发，以及催化剂新现象、 新理论的研究）。 • 根据客户提出的要求，为客户设计具有 特定性能的工业催化剂产品，“订制” （包括催化剂的造型、正常操作要求、测 试及催化剂的再生）。
• 区别一个概念：
均相催化反应体系：有催化剂存在。 均相非催化反应体系 ：
2、按催化反应分
氧化还原反应：包括氧化、加氢和脱氢
酸碱反应：包括异构化、环化、歧化、脱水、 水合等过程
二、催化剂的分类
1、按催化过程分 均相催化剂：
多相催化剂：
2、按具有的催化功能 氧化－还原催化剂
酸碱催化剂 双功能催化剂 …………
工业催化剂的发展阶段
• 1923年，Fischer与tropsch F－T合成。 • 1936年，Houdry公司 利用改性的天然白土作为催化裂化剂，
生产高辛烷值汽油。 • 1953年，Ziegler－Natta 烷基铝－TiCl4为催化剂，实现了高
密度聚乙烯HDPE的工业化生产。 • 60年代初，人们意识到对环境污染导致的严重性，开始研
3、按催化的具体反应 ：氧化催化剂、 加氢催化剂、脱氢催化剂、
异构催化剂、环化催化剂 … …
4、按催化剂在使用条件下的物态
过渡金属催化剂：如N2+H2----------Fe 金属氧化物催化剂：如SO2--------SO3-------V2O5 硫化物：如CO+H2O-------CO2+H2-------Co-Mo 固体酸催化剂：如用于催化裂化的稀土分子筛 过渡金属络合物：
工业催化基础讲义最新课件
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第二节 浸渍法
一、浸渍法的工艺流程
催化剂载体
催化剂活性组分浸渍
干燥
焙烧
负载型催化剂
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19
第二节 浸渍法
二、各种浸渍法
1、等体积浸渍法： 本法是将多孔载体与它正好可吸附体积的浸
渍液相浸渍，由于浸渍溶液的体积与载体的微 孔体积相当，浸渍后浸渍溶液恰好浸渍载体而 无过剩，无需过滤等单元操作。等体积浸渍法 制备催化剂时，能精确调节负载量。
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15
第一节 沉淀法
（4）溶液的加料方式和搅拌强度
在沉淀过程中，待沉淀溶液和沉淀剂溶液加料的先后次 序对沉淀物也有一定的影响。如硝酸盐加碱沉淀时，先预 热硝酸盐到沉淀温度后逐渐加入到碱中，或先预热碱后逐 渐加入到硝酸盐中，或硝酸盐和碱分别预热后同时加入沉 淀槽中。沉淀时的局部pH值是有差别的，因此沉淀物的性 质也会有一定的差异。对于一个具体的沉淀反应，最后的 加料方式将会由催化剂的性质来确定。
为50-60℃的蒸馏水，洗涤至不显SO42-为止。洗净的沉淀转入 pH值为9.5-10.5.温度为60℃左右的氨水溶液中静置陈化4h，陈 化后沉淀物又重复过滤。洗涤至溶液的比电阻超过200Ω/cm， 将沉淀物与100-110℃温度下干燥，制得半结晶状的假-水软铝石 （ρ- Al2O3﹒nH2O）.最后在500℃焙烧6h，即可制得γ-Al2O3。
法，其沉淀物只有一个组分，因此，沉淀操作和过程控制相对 比较简单，是制备单组分催化剂或催化剂载体常用的方法。 如
以碱为沉淀剂，从酸化铝盐溶液中沉淀水合氧化铝，反应式如 下：
第一章 工业催化绪论+
（2）替代硫酸二甲酯和卤代甲烷
硫酸二甲酯和卤代甲烷是传统甲基化反应中剧毒和 致癌的物质， 致癌的物质，以DMC替代是对传统化工过程绿色化改造 替代是对传统化工过程绿色化改造 的必然。 的引入可以大大降低对环境的危害， 的必然。DMC的引入可以大大降低对环境的危害，提高 的引入可以大大降低对环境的危害 反应的原子经济性。 反应的原子经济性。 应用范围有：苯酚的氧甲基化、苯胺的氮甲基化、 应用范围有：苯酚的氧甲基化、苯胺的氮甲基化、 苯乙腈的甲基化。 苯乙腈的甲基化。
工业催化 第一章 绪论
非均相催化剂广泛应用于化学、炼油和污染控制过程中， 非均相催化剂广泛应用于化学、炼油和污染控制过程中，目前 世界范围内催化剂的年销售额约为100亿美元，并以每年约3%的速 世界范围内催化剂的年销售额约为100亿美元，并以每年约3%的速 100亿美元 3% 率增长。这些数字十分惊人，但更惊人的还是由它产生的经济效益， 率增长。这些数字十分惊人，但更惊人的还是由它产生的经济效益， 因为每消耗1美元催化剂可以生产200 1000美元的产品。而且有许 因为每消耗1美元催化剂可以生产200~1000美元的产品。 200 1000美元的产品 多污染控制设备（如汽车尾气催化转化器等）也大量使用催化剂。 多污染控制设备（如汽车尾气催化转化器等）也大量使用催化剂。 因此， 因此，非均相催化剂在人类经济生活和环境保护方面扮演着非 常重要的角色。进入21世纪， 可持续发展” 21世纪 常重要的角色。进入21世纪，“可持续发展”的理念已经进入了各 行各业，要求化工生产也实现“环境友好”的清洁化工生产， 行各业，要求化工生产也实现“环境友好”的清洁化工生产，化工 生产的发展趋势是“绿色化工” 这更依赖于新型、 生产的发展趋势是“绿色化工”，这更依赖于新型、高效催化剂及 催化过程的研发。 催化过程的研发。
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
体
型
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。
➢ 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
体
型
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--第一章-催化剂与催化作用-(1).讲解学习
在催化反应动力学的研究中，活性多用 反应速率来表达。
反应速率表示方法
A→B反应，以V、S和W分别代表催化剂的体积、 表面积和重量，则以不同形式表示的反应速率r分 别是：
rv=（1／V）·(dNA／dt)=(1／V)·(dNB／dt) [mol·cm-3·h-1]
rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt) [mol·cm-2·h1]
XA=（反应后已转化的A摩尔数NA /进料 中A的摩尔数N0A）×100%
注意：在用转化率比较活性时，要求反 应温度、压力、原料气浓度和停留时间 都必须相同。
规定转化率所需的温度和空速表示法
用完成给定的转化率（如XA=80%）所需 要的温度来表示，温度越低活性越高。
压力、原料气浓度和停留时间等条件都必须 相同
这个表示方法很科学，但测定起来却不 容易。
活性中心（部位)---固体催化剂，其表面化 学性质和物理性质不同。
活性中心的测定：
金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
催化反应速率表示法
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准
微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退 ； 化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧
结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活 。
工业催化剂的要求
1. 活性 2. 选择性 3.稳定性与使用寿命 4.外形 5.抗压碎强度 6.导热性与比热 7.再生性能 8.可重复性
催化剂活性随时间变化曲线图
思考题
具有加氢功能的催化剂往往对脱氢 反应也有活性。试给予解释？
催化剂几个重要的性能指标
活性、选择性、稳定性 工业生产更多强调的是原料和能源的充
反应速率表示方法
A→B反应，以V、S和W分别代表催化剂的体积、 表面积和重量，则以不同形式表示的反应速率r分 别是：
rv=（1／V）·(dNA／dt)=(1／V)·(dNB／dt) [mol·cm-3·h-1]
rs= (1/s)·(dNA/dt) =(1/s)·(dNB/dt) [mol·cm-2·h1]
XA=（反应后已转化的A摩尔数NA /进料 中A的摩尔数N0A）×100%
注意：在用转化率比较活性时，要求反 应温度、压力、原料气浓度和停留时间 都必须相同。
规定转化率所需的温度和空速表示法
用完成给定的转化率（如XA=80%）所需 要的温度来表示，温度越低活性越高。
压力、原料气浓度和停留时间等条件都必须 相同
这个表示方法很科学，但测定起来却不 容易。
活性中心（部位)---固体催化剂，其表面化 学性质和物理性质不同。
活性中心的测定：
金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
催化反应速率表示法
反应速率表示反应快慢，一般有三种表 示方法。
以催化剂重量为基淮 以催化剂体积为基准 以催化剂表面积为基准
微晶粒子长大都会使活性不可逆的衰退 ； 化学物种对载体的侵蚀，以及载体孔结构的烧
结导致孔道崩塌，催化剂强度丧失而失活 。
工业催化剂的要求
1. 活性 2. 选择性 3.稳定性与使用寿命 4.外形 5.抗压碎强度 6.导热性与比热 7.再生性能 8.可重复性
催化剂活性随时间变化曲线图
思考题
具有加氢功能的催化剂往往对脱氢 反应也有活性。试给予解释？
催化剂几个重要的性能指标
活性、选择性、稳定性 工业生产更多强调的是原料和能源的充
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细精化工：指对基本化学工业生产的初级或次级化学品 进行深加工，特别具有特定功能，特定用途且附加值高 的化工产品的化工过程。涉汲到氧化反应，还原反应， 碳链增减反应，重排反应，杂环合成反应，不对称合成 工艺等。广泛使用酸碱催化剂，超强酸碱催化剂，分子 筛择形催化剂，金属化合物和配合物催化剂，手性催化 剂，相转移催化剂等。
等规聚丙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
1962
分子筛催化裂化 汽油
1964
烃类加氢脱硫
脱硫净化
1970 1976
甲醇低压合成 NOx 加氢还原
CH3OH 环境保护
1978
甲醇羰基化
醋酸
1986
特种立构合成
化工资源有效利用国家重点实验室
3
第一节 催化剂的基本知识
合成NH3反应途径：
第一节 催化剂的基本知识
反应机理和反应过程的能量如下：
Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535
第一章：绪论
主要内容：
催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业 催化的常用术语。
掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领 域；掌握工业催化的常用术语。
化工资源有效利用国家重点实验室
1
第一节 催化剂的基本知识
催化剂Байду номын сангаас催化作用：
何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子 混 合 在 一 个 惰 性 的 容 器 中 ， 即 使 在 500℃ 下 ， 也 几 乎 检 测 不 到 NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允 许的可逆放热反应：
（2）采用Fe作为催化剂时，N2分子和H2分子化合生成NH3的活 化能大大降低了（反应 途径发生了变化）。N2分子和H2分子首 先在Fe催化剂表面发生化学吸附，使得N2分子和H2分子的化学 键削弱，然后化学吸附的氮（Nad）和化学吸附的氢（Had）在 催化剂表面相互作用，并经过一系列的表面化学反应，最后生成 的NH3分子从催化剂表面脱附生成产物NH3，反应途径、反应机 理和反应过程的能量关系如下：
第一节 催化剂的基本知识
催化剂定义
1981年，国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）对催化剂有一个明 确的定义。即：催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率， 而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用， 涉及催化剂的反应称为催化反应。
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6
第二节 催化剂的重要应用领域
V 2O 5 Fe 等 Pt S iO 2-A l2O 3 Cr 等
1938 1949 1953 1954
Ficher-Tropsch 合 成 石脑油催化重整 乙烯聚合 丙烯聚合
（ CO +H 2→ 烃 ）燃 料 Fe,Co,N i
高辛烷值汽油
P t/A l2O 3
高密度聚乙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
N2+3H2 ⇌ NH3 ΔH500＝－109 kJ/mol
但如果在N2分子和H2分子混合气体的体系中有少量Fe存在，就 会有NH3生成，其中Fe就称为催化剂，对NH3的生成起着关键的 作用。
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第一节 催化剂的基本知识
Fe的催化作用本质：
（1）没有催化剂，N2分子和H2分子化合生成NH3是一个均相的 化学反应过程，要经过N2分子的N－N键和H2分子的H－H键断 裂和N－H键的形成，N2分子和H2分子都非常稳定，经均相化学 反应合成NH3需要很大的能量，即反应的活化能很高（在500℃， 常压条件下活化能为334.6kJ/mol），在这种情况下，反应极慢， 以至于生成NH3的量甚微，常规方法都难以测出。
催化剂: 现代化学工业的基石
90％以上的化工产品是借助催化剂生产出的，没有催 化剂，就不可能建立现代化学工业。
如：
无机化学工业中的合成氨、硝酸、硫酸等的生产
石油加工中的催化裂化、催化重整等过程
石油化工中醇、醛、酸、酯的生产
三大合成高分子材料的生产
煤化工与天然气化工过程
生物化工中的酶催化过程
环保催化过程等
药物
1986
NOx 加氨还原
环境保护
1990
催化燃烧
环境保护
1990
茂金属催化聚合 新型聚烯烃
催化剂主要成分 沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等
第二节 催化剂的重要应用领域
石油炼制：指对不同沸程的石油馏分经催化转化成各种 燃料油，润滑基础油，化工原料的过程。这是催化剂最 重要的应用领域，使用的催化剂包括各种固体酸，分子 筛，负载型金属催化剂等；催化反应过程有催化裂化， 催化重整，催化加氢等；反应工艺有固定床、流化床、 提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常 压渣油催化裂化等。
石油化工：指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的 催化过程，包括一些基本有机化工原料合成的催化过程， 所用的催化剂种类很多。一些重要的催化过程有：催化 加氢与脱氢；催化水合与脱水；烃类的异构和芳构；芳 烃烷基化，歧化及烷基转移；烯烃二聚及齐聚等。
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第二节 催化剂的重要应用领域
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第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
催化剂主要成分
1900 1913 1915 1936 1937
SO2 空气氧化 N2+H2→ 合 成 氨 NH3 氧化 石油催化裂化 乙烯聚合
H 2S O 4 NH3 HNO3 汽油等 低密度聚乙烯
合成材料：通常指合成树脂，合成纤维，合成橡胶这三 大合成材料
合成树脂--聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等； 合成纤维--涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维、腈纶 （聚丙烯腈）纤维、维伦（聚乙烯醇）纤维等；
合成橡胶--丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶
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第二节 催化剂的重要应用领域
等规聚丙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
1962
分子筛催化裂化 汽油
1964
烃类加氢脱硫
脱硫净化
1970 1976
甲醇低压合成 NOx 加氢还原
CH3OH 环境保护
1978
甲醇羰基化
醋酸
1986
特种立构合成
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第一节 催化剂的基本知识
合成NH3反应途径：
第一节 催化剂的基本知识
反应机理和反应过程的能量如下：
Reactions at Surfaces: From Atoms to Complexity (Nobel Lecture) by Gerhard Ertl Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 3524 – 3535
第一章：绪论
主要内容：
催化剂的基本知识；催化剂的重要应用领域；工业 催化的常用术语。
掌握催化剂的基本知识；了解催化剂的重要应用领 域；掌握工业催化的常用术语。
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第一节 催化剂的基本知识
催化剂Байду номын сангаас催化作用：
何谓催化剂？先看一个例子：通常情况下，将N2分子和H2分子 混 合 在 一 个 惰 性 的 容 器 中 ， 即 使 在 500℃ 下 ， 也 几 乎 检 测 不 到 NH3的生成。虽然N2分子和H2分子化合生成NH3是一个热力学允 许的可逆放热反应：
（2）采用Fe作为催化剂时，N2分子和H2分子化合生成NH3的活 化能大大降低了（反应 途径发生了变化）。N2分子和H2分子首 先在Fe催化剂表面发生化学吸附，使得N2分子和H2分子的化学 键削弱，然后化学吸附的氮（Nad）和化学吸附的氢（Had）在 催化剂表面相互作用，并经过一系列的表面化学反应，最后生成 的NH3分子从催化剂表面脱附生成产物NH3，反应途径、反应机 理和反应过程的能量关系如下：
第一节 催化剂的基本知识
催化剂定义
1981年，国际纯粹和应用化学协会（IUPAC）对催化剂有一个明 确的定义。即：催化剂是一种物质，它能够改变化学反应的速率， 而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化；此过程称为催化作用， 涉及催化剂的反应称为催化反应。
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第二节 催化剂的重要应用领域
V 2O 5 Fe 等 Pt S iO 2-A l2O 3 Cr 等
1938 1949 1953 1954
Ficher-Tropsch 合 成 石脑油催化重整 乙烯聚合 丙烯聚合
（ CO +H 2→ 烃 ）燃 料 Fe,Co,N i
高辛烷值汽油
P t/A l2O 3
高密度聚乙烯
TiC l4-A l(C 2H 5)3
N2+3H2 ⇌ NH3 ΔH500＝－109 kJ/mol
但如果在N2分子和H2分子混合气体的体系中有少量Fe存在，就 会有NH3生成，其中Fe就称为催化剂，对NH3的生成起着关键的 作用。
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第一节 催化剂的基本知识
Fe的催化作用本质：
（1）没有催化剂，N2分子和H2分子化合生成NH3是一个均相的 化学反应过程，要经过N2分子的N－N键和H2分子的H－H键断 裂和N－H键的形成，N2分子和H2分子都非常稳定，经均相化学 反应合成NH3需要很大的能量，即反应的活化能很高（在500℃， 常压条件下活化能为334.6kJ/mol），在这种情况下，反应极慢， 以至于生成NH3的量甚微，常规方法都难以测出。
催化剂: 现代化学工业的基石
90％以上的化工产品是借助催化剂生产出的，没有催 化剂，就不可能建立现代化学工业。
如：
无机化学工业中的合成氨、硝酸、硫酸等的生产
石油加工中的催化裂化、催化重整等过程
石油化工中醇、醛、酸、酯的生产
三大合成高分子材料的生产
煤化工与天然气化工过程
生物化工中的酶催化过程
环保催化过程等
药物
1986
NOx 加氨还原
环境保护
1990
催化燃烧
环境保护
1990
茂金属催化聚合 新型聚烯烃
催化剂主要成分 沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等
第二节 催化剂的重要应用领域
石油炼制：指对不同沸程的石油馏分经催化转化成各种 燃料油，润滑基础油，化工原料的过程。这是催化剂最 重要的应用领域，使用的催化剂包括各种固体酸，分子 筛，负载型金属催化剂等；催化反应过程有催化裂化， 催化重整，催化加氢等；反应工艺有固定床、流化床、 提升管催化裂化、铂重整、连续移动床低压铂重整、常 压渣油催化裂化等。
石油化工：指一切以石油烃为原料生产各种化工产品的 催化过程，包括一些基本有机化工原料合成的催化过程， 所用的催化剂种类很多。一些重要的催化过程有：催化 加氢与脱氢；催化水合与脱水；烃类的异构和芳构；芳 烃烷基化，歧化及烷基转移；烯烃二聚及齐聚等。
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第二节 催化剂的重要应用领域
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第二节 催化剂的重要应用领域
二十世纪工业催化的一些重大发明
工业化年份 过程或催化剂
产品或用途
催化剂主要成分
1900 1913 1915 1936 1937
SO2 空气氧化 N2+H2→ 合 成 氨 NH3 氧化 石油催化裂化 乙烯聚合
H 2S O 4 NH3 HNO3 汽油等 低密度聚乙烯
合成材料：通常指合成树脂，合成纤维，合成橡胶这三 大合成材料
合成树脂--聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚酯等； 合成纤维--涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）纤维、腈纶 （聚丙烯腈）纤维、维伦（聚乙烯醇）纤维等；
合成橡胶--丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶
化工资源有效利用国家重点实验室
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第二节 催化剂的重要应用领域