《绿色催化剂.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绿色催化剂.（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、环境材料概论结课作业摘 要化学在开发天然资源满足人类的生活需要方面作出巨大贡献的同时，也给人类赖以生存的地球环境带来了污染，直接威胁着人类生存的可持续发展。为了解决这一问题，人们提出了绿色化学这一新概念。而在化学反应中，剧毒催化剂会严重污染环境，危害人类健康。因此，在实现绿色化学目标中，无毒的绿色催化剂的研制与开发日益受到人们的重视。本文主要介绍了固体酸催化剂、固体碱催化剂和金属催化剂的应用。关键词：绿色化学、绿色催化剂、固体酸催化剂、固体碱催化剂、金属催化剂AbstractAt the same chemical make a significant contribution in the
2、development of natural resources to meet the needs of human life, but also to the survival of mankind has brought the global environment pollution, a direct threat to human survival and sustainable development. To solve this problem, there is proposed a new concept of green chemistry. In chemical re
3、actions, toxic catalyst will seriously pollute the environment and endanger human health. Therefore, in achieving green chemistry goals, non-toxic catalyst research and development of green growing attention. This paper mainly introduces solid acid catalysts, solid alkali metal catalysts and catalys
4、t applications.Keywords: green chemistry, green catalysts, solid acid catalysts, solid base catalyst, the metal catalyst一、引言大量催化剂的开发和应用，使化学工业得到了快速发展。据统计约有85%的化学品是通过催化工艺生产的，过去在研制催化剂是只考虑其催化活性寿命、成本及制造工艺，极少顾及环境因素。近年来以清洁生产为目的的绿色催化工艺及催化剂的开发，已成为21世纪的热点。因为只有采用这种工艺及新催化剂才能实现科技创新与绿色环保相结合，才能带来企业的高效益和社会高效益的同步增长，
5、与此同时，将昭示一种新资源观念和环保观念，即人类对自然资源可以进行重复多次的利用，从而使有限的资源构成一个多次生成过程，这种既能多次重复利用资源又能保护环境的绿色科技产业，将使我国传统化工产业完成由“夕阳产业”到“绿色产业”的革命性转变。目前绿色催化剂的开发主要分3个方面：固体酸催化剂、固体碱催化剂和金属催化剂1。这些催化剂不仅具有较高活性与选择性，而且易与反应体系分离。催化科学发展到今天已经成为化学品、燃料生产和环境保护的支柱技术。二、固体酸催化剂固体酸催化剂具有高活性、高选择性、反应条件温和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点。是替代均相质子酸的最佳非均相催化剂。固体酸催化剂主要包括: 杂
6、多酸催化剂、分子筛、金属氧化物催化剂等。1、杂多酸催化剂杂多酸催化剂可分为：(1)纯杂多酸；(2)杂多酸盐；(3)负载型杂多酸(盐)三类。为避免杂多酸分解，用于制备负载型杂多酸的主要是中性和酸性载体。典型的杂多酸型催化剂有Keggin、Dawson、Waugh等结构,其主要差别在于中心原子的配位数和配位体的八面体单元的聚集状态不同2。杂多酸既有配合物和金属氧化物的结构特征，又兼有酸性与氧化还原性能, 已广泛应用于有机、无机化学领域的各类催化反应3。如王广健、刘广卿等人用浸渍法和吸附法制备了负载Keggin杂多酸并，对其进行表征，总结了在重排反应、醇氧化、缩合反应等不同类型催化反应中催化剂失活的
7、原因及影响催化剂水热稳定性的因素4；Naonobu Katada、Tsubasa H atanaka 等人将催化剂H4PNbW11O40/WO3- Nb2O5经773K下焙烧(HPNbW/W-Nb)，相对传统的催化剂，对甘油三油酸酯和乙醇进行的酯交换反应具有较高的催化活性5。因为杂多酸在多孔载体内的组装使得催化剂可在三维空间内设计，而自由度很小，从而使得纳米空间进行催化反应的择形性很强， 这些特点都是为提高手性合成立体选择性设计催化剂时所期望的。2、分子筛分子筛催化剂，又称沸石分子筛催化剂，系指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸
8、催化活性，并有良好的热稳定性和水热稳定性，可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂。分子筛热稳定性好，在900K时仍存在催化活性，因而用它制成蜂窝状陶瓷，用于汽车尾气的催化剂转化的载体。另外，分子筛催化裂化在石油化学工业中已大量使用。催化裂化分子筛催化剂一般是稀土元素或高价金属元素取代钠元素的Y型分子筛。与普通硅铝催化剂相比，具有活性高，热稳定性好的特点，可在较缓和条件下进行反应，同时允许在630680的高温下再生以更好地恢复活性。此外，它抗中毒能力强，能加工某些含重金属较多的劣质原料。含有过渡金属阳离子的分子筛因其在各种化学反应中的高催化活性和选择性而成为最为重要的催化剂6。如Mehmet
9、 Zahmakiran等人7发现一个纳米沸石稳定框架的钌(0)纳米簇在温和条件下不仅在纯的苯的氢化，而且在甲基取代的芳族化合物如甲苯，邻二甲苯，均三甲苯的无溶剂氢化呈催化活性。此外在催化纯芳烃加氢中是可分离、可重复使用的，并且是绿色催化剂，具有前所未有的催化活性及寿命。3、金属氧化物催化剂金属氧化物在催化领域中的地位很重要，它作为主催化剂、助催化剂和载体被广泛使用。就主催化剂而言，金属氧化物催化剂可分为过渡金属氧化物催化剂和主族金属氧化物催化剂，后者主要为固体酸碱催化剂。在工业催化剂中，过渡金属氧化物催化剂占有重要的地位。它们构成的活性相不仅存在于氧化催化作用中，而且还存在于很多金属催化剂中。
10、Hisashi Shimakoshi，Makoto Abiru等人8报道了B12-氧化钛混合催化剂，其中B12被固定TiO2表面上的新催化体系。这种催化剂是绿色催化剂，用于各种有机氯化合物脱氯。Kian Fei Yee，Jeffrey C.S.Wu等人9用一个简单的和不含溶剂的方法制备了硫酸化氧化锆氧化铝（SZA）绿色催化剂，用于麻疯树桐子油到脂肪酸甲基酯的酯交换。磁铁矿浸渍铜10是一种多用途，廉价，简单高效的绿色催化剂，在无溶剂条件下，对末端炔烃，醛和仲胺的选择性多组分反应11以得到相应炔丙胺具有良好的收益。4、离子交换树脂离子交换树脂分为两类：(1)大孔聚苯乙烯磺酸树脂；(2)全氟磺酸树脂
11、(Nafion)。前者的酸性一般比后者弱,但酸位数量是前者的5倍。强酸性离子交换树脂一般具有致密无孔、比表面积小、酸中心利用率低的缺点。薛萍，邝守敏等人12用大孔树脂代替酸作催化剂简化了肉桂酸甲酯生产工艺，避免了设备的腐蚀和环境污染，是更为清洁、环保的绿色酯合成催化剂。张凤、蒋晓原等人13采用离子交换法制备了ZnCl 2 改性离子交换树脂，用于催化乙醇和乙酸酯化，而且表面酸强度增加， 在含水体系中能保持较高活性，重复使用性好。张士真、陈丹云14将制备得到的硫酸镓改性离子交换树脂用于催化正丁酸和异戊醇酯化，而且与反应体系形成非均相物系，易于分离回收。三、固体碱催化剂自20世纪50年代固体碱催化剂
12、引起科学家们的重视以来，已经发展了多种类型的固体碱催化体系，按照载体和活性位的性质不同，固体碱大体可分为无机固体碱，有机无机复合固体碱，以及有机固体碱。1、无机固体碱无机固体碱主要包括金属氧化物、水合滑石类阴离子粘土和负载型固体碱，常用的碱催化剂有甲醇钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和碳酸钾等。无机碱催化法适合于以精炼油脂为原料制备生物柴油，主要的碱催化生产过程中需要使用高品质，高纯度初榨橄榄油，Z. Helwani， M.R. Othman等人15使用了非均相催化剂，并与异质方式取代或补充当前均相催化剂生产生物柴油。2、有机无机复合固体碱目前所研制的有机无机复合固体碱主要为负载有机胺或季铵碱的
13、分子筛。负载有机胺分子筛的碱活性位主要是能提供孤对电子的氮原子，而负载季铵碱分子筛的碱活性位主要是氢氧根离子。由于这类固体碱的活性位是以化学键和分子筛锚接的有机碱，所以反应过程中活性组分不会流失，而且碱强度均匀。同时也是由于其活性位为有机碱，故而不能适用于高温反应，且无法制备出强碱性的固体碱。3、有机固体碱通常有机固体碱主要是指端基为叔胺或叔膦基团的碱性树脂类固体碱，例如端基为三苯基膦的苯乙烯和对苯乙烯共聚物。这种有机固体碱的优点是碱强度均一，但是它热稳定性不好，只能适用于低温反应，且制备复杂，成本较高16。随着表面科学和多相催化的进一步发展，固体碱催化剂作为环境友好催化剂也成为研究的热点。在
14、环境污染受到国际上广泛关注的形势下，新型环境友好固体碱催化剂在众多领域的重要地位已愈来愈明显。迄今为止固体碱催化剂的研究和应用取得了巨大的进展，某些固体碱已用于工业化生产。随着理论研究的加强、制备方法的改进，相信固体碱催化剂的应用一定会得到大力发展17。四、金属催化剂金属催化剂多为过渡金属，有利用单一金属成分发现其在反应中的高活性和高选择性；有充分发挥多种金属成分的作用二元或多元金属催化剂。金属催化剂主要催化反应为加氢、脱氢、异构化、氧化等。金属催化剂主要分为金属单质催化剂、担载金属催化剂。1、金属单质催化剂（1）金属胶体催化剂：使用贵金属胶体作为加氢催化剂时有进一步提高催化剂稳定性的必要,常
15、常使用使用界面活性剂或高分子进行保护；（2）金属黑催化剂：贵金属变成细粉时,表观很黑,称为某黑。根据制备方法的不同催化活性相差很大；（3）Raney型催化剂(骨骼金属)；（4）金属网催化剂；（5）熔融铁催化剂。2、担载金属催化剂金属粒子的表面反应性高(表面安定性差)，为了保持金属粒子的固体化学的安定性，常常将其分散在机械强度大，表面积大耐热性好的的担体表面。担体自身具有和金属粒子不同的催化性能，有时具有与金属粒子具有相互促进的催化效果。五、其它催化剂1、光催化这是一类借助光的激发而进行催化反应的催化剂，如ZnO-CuO-H2O2，在紫外光作用下，可对染料废水进行催化脱色，脱色率近100%。Ti
16、O2光催化剂光解二氯乙酸、光的光解制氢、CO2的光催化固碳都是为未来解决能源、人工光合作用的主要催化反应。跨学科化学，由阳光驱动的，发展人工分解水为氧气和氢气，由于实用需要及环保发电，没有化石燃料的消耗，一直引起人们的兴趣18。Zhuangqun Huang，Zhen Luo，Yurii V. Geletii等人19制备出用于水氧化的，水解和氧化稳定、均匀的、高效的可见光驱动的，无碳钴基分子催化剂Co4(H2O)2(PW9O34)210-。2、离子液体催化离子液体(RTIL)具有很多独特的物理、化学性质，正引起人们越来越多的重视，已应用于合成、催化、分离和电化学等各个领域20，被认为是一类可以取代传统有机溶剂对环境友好的新型绿色溶剂，在很多领域中有
