工业催化原理序言

工业催化原理•1.教材•2.课程学习的意义和目的•3.主要内容•4.教学重点与教学方式•5.催化研发进展•6.催化理论的基本思想的形成•7.催化对能源工业作用•8.催化对高分子材料合成作用•9.催化与化工环保关系•10.典型的工业催化过程目录2020/1/191序言工业催化原理1.教材•主要教材：王桂茹主编《催化剂和催化作用》•参考书：李玉敏编著《工业催化原理》吴越编著《催化化学》黄仲涛主编《工业催化》•基础知识参考书：结构化学、量子化学晶体化学、无机化学有机化学、物理化学•催化剂表征用参考书：谱学原理、催化研究方法•工业应用相关工程参考书：化学反应工程催化剂工程化工传递现象化工热力学序言2020/1/192工业催化原理2.课程学习的意义和目的催化是化工领域的核心技术之一80%化学工业过程（石油加工、化学工业、食品工业、建材工业、精细化工、环保产业等）是借助催化剂来实现的。化工过程离不开催化技术。催化剂的销售额在100-200亿美元。与催化剂相关的工艺设备销售收入可达数千亿美元。2020/1/193序言工业催化原理3.主要内容•第一章、催化作用与催化剂•第二章、多相催化反应基础•第三章、酸碱型催化剂及其催化作用•第四章、金属催化剂及其催化作用•第五章、半导体催化剂及其催化作用•第六章、配位催化剂及其催化作用•第七章、催化剂的制备与反应评价2020/1/194序言工业催化原理4.教学重点与教学方式教学重点•1、讲解催化基础理论中的基本要点•2、结合工科专业特点注重理论与实际应用相结合•3、重点如何利用运用催化理论解决实际问题教学方式1、重点讲授理论和方法。2、发挥主观能动性。2020/1/195序言工业催化原理5.催化研发进展•1838年，实现了工业规模合成SO3•1913年．实现了工业规模合成氨，•Pt将氨氧化来制造硝酸，用以生产肥料和炸药。•1923年．实现了以煤为原料，通过CO＋H2的合成烃类，即所谓费托(F—T)合成。Cu系催化剂作用下制得了甲醇。•20年代以后，利用钒作催化剂由萘成功地氧化为邻二甲苯酐。2020/1/196序言工业催化原理6.催化理论的基本思想的形成•在这一时期，逐步产生了某些催化理论的基本思想。例如，不稳定表面中间物(1910年)，晶格非理想性(1920年)，表面活性中心(1925年)，这些理论雏形在实践中应用，起到了改进旧催化剂、开发新催化剂的作用，推动了化学工业的发展。2020/1/197序言工业催化原理7.催化对能源工业作用•1936年改性天然白土作为催化裂化催化剂生产高辛烷值汽油•40年代初改用合成硅铝胶催化剂•60年代又改用稀土分子筛催化剂，既进一步提高了汽抽辛烷值，又极大地提高了产率。2020/1/198序言工业催化原理工业催化原理催化技术是变革石油化工过程的核心石油化工炼油工艺石油化工技术精细石油化学品技术汽油、柴油、润滑油乙烯、丙烯、丙酮、甲苯等等精细化学品化工新材料工业催化原理催化作用改变反应途径和目标产物实例：合成气选择性催化转化利用CO+H2Syngas合成气乙醇甲醇甲烷二甲醚合成汽油Pt/Rh/SiO2Cu-Zn-ONiCu,ZnCo,Ni,Fe工业催化原理甲醇催化利用途径工业催化原理•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•利用廉价的催化材料，开发低成本、高活性的催化剂•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•缓解工艺操作，达到节能降耗的目的•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新催化剂的发明，是新工艺诞生的源泉，也是技术飞跃的动力。工业催化原理催化反应过程与绿色化学工艺绿色化学是给化学家出的课题。而实现过程工业“零排放”是化学工程师的主要任务工业催化原理环境催化：1976年，汽车尾气排放控制催化剂产生，1980年运用于汽车工业，有效减少NOx的排放（Pt/Al2O3toPt-Rh)不对称催化合成医药或医药中间体依赖（酶）催化作用增强人体机能（催化抗体、催化RNA）固定化酶和细胞：现状与未来多相催化剂表面的不均匀位利用催化还可以改进食品，如采用镍基催化剂进行食用油精制。新能源技术中催化作用催化在新技术产业中的作用现代工业科技的发展离不开催化技术的应用，尤其是化工、食品、制药、新材料、新能源、环境保护技术与生物科技等产业。催化研究新方向可具体概括成以下几个方面：工业催化原理电化学和光电化学中的催化剂（燃料电池、光敏化电池、太阳能电池等）电动汽车天然气催化氧化——未来能源科技的核心新能源技术中的催化作用工业催化原理基于太阳能的可再生能源系统规模化应用途径光解制氢氢燃料发动机氢燃料电池规模化应用光热利用光伏发电工业催化原理电催化：燃料电池电极催化反应过程氢的阳极氧化:2H2-4e-→4H+氧的阴极还原:O2+4H++4e-→2H20工业催化原理催化反应分类•非均相催化（多相催化）Heterogeneouscatalysis:thecatalystandreactantareindifferentphases•均相催化Homogeneouscatalysis:thecatalystandreactantareinthesamephase•按照不同催化方式分类：光催化、电催化、生物酶催化（Enzymaticcatalysis）、相转移催化•按照反应类型进行分类：催化加氢、脱氢、氧化、羰基化、聚合、卤化、脂化、裂解、重整、水合•按照反应机理进行分类：酸碱型催化反应、氧化还原型反应工业催化原理8.催化对高分子材料合成作用•1953年用Ziegler—Natt催化剂合成厂聚乙烯，•1957年磷钼酸铋催化剂丙烯氨氧化合成丙烯脂，为人造橡胶、纤维、塑料三大合成材料的生产奠定了基础。。2020/1/1920序言工业催化原理9.催化与化工环保关系•为控制大气污染，1970年又研制成功了汽车废气净化的贵金属和非贵金属催化剂。•随着石油危机的出现，对煤资源和重油的开发利用又受到了重视，由此对耐硫的硫化物催化剂和使用ZSM—5分子筛催化剂由甲醇生产汽油的催化过程等都引起了人们的兴趣2020/1/1921序言工业催化原理2020/1/192210.典型的工业催化过程丙烯氨氧化CH2=CHCH3+NH3+O2→CH2=CHCN+3H2O聚乙烯合成CH≡CH+HCl→CH2=CH-Cl乙炔选择加氢CH≡CH+H2→CH2=CH2催化裂化大分子烃→小分子烃催化重整烷烃→芳烃加氢脱硫汽车废气净化甲醇合成芳烃P-Mo-Bi系/SiO2HgCl2/活性炭Pd/Al2O3SiO2-Al2O3，沸石Pt，Pt-Re/Al2O3CoO-MoO3/Al2O3Pd,Pt,Rh/SiO2ZSM-5分子筛工业催化原理2020/1/192310.典型的工业催化过程工业催化原理课外阅读与思考•1催化剂在化学反应中起何种作用，具备何种功能的化学物质才能称为催化剂，工业催化过程对催化剂有何要求？