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1、2.2催化剂的组成与功能,活性组分 载体 助催化剂,2.2.1 催化剂的组成,催化剂组分与功能关系,一、活性组分,它是催化剂的主要组分，有时由一种物质组成，有时由多种物质组成 如： 乙烯氧化制环氧乙烷的银催化剂； 丙烯氨氧化制丙烯腈用的钼和铋催化剂,活性组分的分类,二、载体,载体是催化剂活性组分的分散剂、粘合剂和支撑物，是负载活性组分的骨架。,例如，乙烯氧化制环氧乙烷催化剂中的Ag就是负载在“Al2O3上的，这里的Al2O 3称为载体,载体还常分为惰性载体与活性载体。严格来说，催化剂中的组分都不是惰性的，都对主剂与助剂有所影响，只本过活性载体的作用更为明显而已。,载体的作用与助催化剂的作用在很
2、多方面有类似之处，不同的是载体量大，助催化剂量小；前者作用较缓和，后者较明显。另外，由于载体量大，可赋予催化剂以基本的物理结构与性能，如孔结构、比表面、宏观外形、机械强度等。此外，对主催化剂和助催化剂起分散作用，尤其对贵金属既可减少其用量，又可提高其活性，降低催化剂成本。作为高效催化剂，活性组分与裁体的选择都非常重要。,催化剂的活性随载体比表面的增加而增加，为获得较高的活性，往往将活性组分负载于大比表面载体上。 载体与催化剂的活性、选择性、热稳定性、机械强度以及催化过程的传递特性有关，因此，在筛选和制造优良的催化剂时，需要弄清载体的物理性质和它的功能。,催化剂组分与含量的表示方法,例如：合成氨
3、催化剂FeK2OAl2O3用“将催化剂中的各组分隔开：加氢脱硫催化剂CoMo/Al2O3，斜线上为主剂和助剂，斜线下为裁体。各组分的含量可用重量、重量比表示，也可用原子、原子比表示。,三、助催化剂,定义：加入少量的某种物质，可以显著改善催化剂效能，包括活性，选择性与稳定性和寿命等。 它是通过改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构、孔结构、分散状态、机械强度等来提高催化剂的性能。,（1）结构型助催化剂： （2）电子型助催化剂： （3）晶格缺陷型助催化剂： 使活性物质晶面的原子排列无序化，增大晶格缺陷浓度来提高催化剂的催化活性。 第（2）、（3）类也合称为调变性助催化
4、剂,助催化剂的分类,结构型助催化剂,作用：提高活性组分的分散性和热稳定性。 原理：能使催化活性物质粒度变小、表面积增大，防止或延缓因烧结而降低活性等，工业催化过程通常在几百度的条件下进行，本来不稳定的微晶容易烧结，因而导致催化剂的活性下降。而助催化剂的加入可以阻止或减缓微晶的增长速度，从而延长催化剂的使用期限。 例如：合成氨的铁催化剂，加入少量的Al2O3,电子型助催化剂,作用：改变催化剂活性物质的结构和化学组成，促进催化活性选择性。 原理：催化剂活性组分的空d轨道能接受助催化剂提供的电子，改变了活性组分的电子结构，提高了催化剂的活性和选择性；可能生成新的晶相，或者也可能产生或增多催化剂中晶相
5、或微晶间活性界面的数目。从而提高活性或选择性。 例如：FeAl2O3 中加入K2O,四、其他,稳定剂 抑制剂,2.2.2 载体的功能,提供有效的表面和适宜的孔结构 增强催化剂的机械强度 改善催化剂的传导性 减少活性组分的含量 载体提供附加的活性中心 活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用,溢流现象,定义：是指固体催化剂表面的活性中心（原有的活性中心）经吸附产生出一种离子的或者自由基的活性物种，它们迁移到别的活性中心（次级活性中心）的现象。 条件：（1）溢流物种发生的主源；（2）接受新物种的受体，它是次级活性中心。,理想的催化剂载体应具备的特性,能适应某一特定反应的外形； 有足够的抗破碎强度；
6、 有足够的反应表面和合适的孔结构； 有足够的稳定性，包括活性稳定性与热稳定性； 导热、热容量及堆密度适中； 不含使催化剂中毒的物质； 原料易得，载体制备过程简便。,2. 3 对工业催化剂的要求,活性和选择性指标 稳定性和寿命指标 环境友好和自然界的相容性,2.3.1 活性和选择性指标,定义：活性是指催化剂影响反应进程变化的程度；选择性是指所消耗的原料中转化成目的产物的分率 表征方法： (1)在催化反应动力学的研究中，活性用反应速率表达 (2)对于固体催化剂，工业上常采用给定温度下完成原料的转化率来表达；活性高，原料转化率的百分数越大 (3)可以用完成给定的转化率所需要的温度表达，温度越低活性越
7、高 (4)可用给定条件下目的产物的时空收率衡量,与催化剂单位面积相对应的活性成为比活性。 ak/S k为催化反应速率常数，S为表面积或活性表面积。 催化剂的活性表示为:Aa S,比活性与活性,活性和选择性的定量表达,Y x s,时空产率,定义：指一定条件下（温度、压力、进料组成、进料空速一定）单位时间内，单位体积或单位质量的催化剂所得产物的量。,2.3.2 稳定性和寿命指标,定义：稳定性是指催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。寿命是指在工业生产条件下，催化剂的活性能够达到装置生产能力和原料消耗定额的允许时间；也可以是指活性下降后再生活性又恢复的累计时间。,2.3.3 环境友好和自然界相容性,
8、催化剂不仅要具有高转化率和高选择性，还要符合可持续发展的要求，即应该是无毒无害、对环境友好的，同时也要符合“绿色化”的要求，即与自然界相容。,2.4 均相催化与均相催化剂简介,举例： 乙烯均相催化氧化制乙醛的Wacker过程 -烯烃氢醛化合成醛（酮）化合物的OXO过程 甲醇羰化合成醋酸的Monsanto过程,PdCl2-CuCl2-HCl,八羰基二钴Co2(CO)8,Rh-络合物或Ru络合物,定义：均相催化是指催化剂与反应介质不可区分，与介质中的其它组分形成均匀物相的催化反应体系,均相催化剂的特点,优点： （1）反应条件温和，易于节能； （2）反应性能专一，具有特定选择性； （3）活性和选择性可调配和设计； （4）作用机理清楚，易于研究把握。 缺点： （1）均相催化剂难于与反应介质分离； （2）经济成本高,新型催化剂展望,酶的模拟和人工合成 均相催化剂的负载化,负载铂催化剂分散度与微晶粒径的关系,维持活性组分高度分散是载体最重要的功能之一,负载型Ni/Al2O3表面积变化,
