工业催化 -第一章 催化剂与催化作用-10

工业催化原理陈长林

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绪 论

工业催化在现代化学工业中的作用

催化技术是现代工业重要的技术之一，现代化学工 业的许多过程，都或多或少地与催化剂使用有关， 90%以上的化工产品，是借助催化剂生产出来的。

无机化工领域的合成氨、硝酸、硫酸的生产； 有机化工原料中的甲醇、醋酸等的生产； 石油加工领域的催化裂化、催化重整等； 煤化工中的催化液化、气化、煤基合成油、煤制烯烃等； 高分子化工中的聚合物材料的生产； 药物、精细化学品生产的大多数过程； 环境保护催化过程。

新催化剂的发明是新工艺技术的源泉

改进现有催化剂体系，革新已有反应工艺路线，促进新工 艺过程开发，提高目标产品的收率和选择性，改善产品质 量 通过新型催化剂的开发，更新化工生产原料路线，采用更 廉价的起始原料，增加产品竞争能力 为环境友好的化学工艺和化工新产品开发而研制催化剂 解决新能源、环境保护、新材料和生物技术等新技术领域 中涉及的催化问题

依赖催化技术开发新工艺过程

改进现有催 化剂体系， 革新已有反 应工艺路线， 促进新工艺 过程开发

更新原料路线例子通过新型催化剂的开发，更新化工生产原料路线， 采用更廉价的起始原料，增加产品竞争能力。 Oxidation Cataly st

O

CH3 CH3

H2O Cataly st

HO

OH

H2C

CH3 Cl 2

H2O

CH3

Cl

Cl

Cataly st

HO OH

OH Acid site HO -H2O O

Metal site +H2

OH OH

课程主要内容

第一部分：催化作用的基本原理

第一章、催化作用与催化剂 第二章、吸附作用与多相催化

第二部分：几类重要催化剂及其催化作用

第三章、酸碱催化剂及其催化作用 第四章、分子筛催化剂及其催化作用 第五章、金属催化剂及其催

化作用 第六章 半导体催化剂的催化作用及光催化原理 第七章 生物催化简介(自学)第八章、工业催化剂的制备及活性评价(自学)

第三部分：催化剂的制备及其活性评价

第一章 催化剂与催化作用

本章主要内容 催化剂的基本概念和催化作用的基本 特征 催化剂的组成与功能 工业催化剂的基本要求

提高反应速度的方法

工业上的一个化学反应，要能以一定的速度进行， 即在单位时间内能够获得足够数量的产品。 提高反应速度的手段：

加热的方法 光化学方法 电化学方法 催化方法

既能提高反应速度，又能控制反应方向

什么是催化剂?

催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变 该反应的标准Gibbs自由焓变化。 催化剂将反应物转变为产物，在循环的最终步骤催化 剂再回到其原始状态 ,加速化学反应，在过程中自身不 被消耗掉。 可用来作为催化剂的物质：

无机物

单质(如：金属)、化合物 (如：金属氧化物、硫化物、有机金 属络合物等)、 酶或细胞等。 酶或细胞等。

有机物或微生物

活性中心与转换频率

催化剂并非所有的部分都参与反应物到产物的 转化，因此那些参与的部分被称为活性中心。 大多数工业催化剂使用的形式是多孔小球，每 一个小球一般包含1018个催化活性中心。 催化剂在更换前每个催化活性中心上完成的催 化循环超过109次。 转换频率(TOF)是指每个催化活性中心上单位时 间内有多少分子被转化 。

思考题(1)

多相催化中转换频率 (TOF)

要求：阅读参考文献，重点是2000年以后发表的文 献。

参考文献：Turnover Rates in Heterogeneous Catalysis M. Boudart Chem. Rev.,1995,95,661-666

催化剂是如何加速反应速率的？