催化作用原理.ppt
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1、催化作用原理,授课老师:黄伟新 联系方式:激光小楼一楼 (办公室) http:/ 李荣生,甄开吉,王国甲 编著 吴越 著 韩维屏 等 著 Edited by G. Ertl, H. Knzinger, J. Weitkamp,第一章 绪论,一、催化科学的重要性 催化(catalysis):催化科学,催化技术和催化作用。 催化科学:研究催化作用的原理 催化技术:催化作用原理的具体应用 催化技术是现代化学工业,环境保护的支柱。 “The economic contribution of catalysis is as remarkable as the phenomenon itself. Ap
2、proximately one third of material gross national product in the US involves a catalytic process somewhere in the production chain. Confining analysis to the chemical industry, the proportion of processes using catalysts is 80% and increasing.” Chemistry & Industry, Jan 21, 2002, Page 22,一些工业催化过程,199
3、7年美国化学会联合4家相关协会在制定“2020年技术展望:美国化学工业”里充分肯定了催化的重要性,并且由于催化在化学工业中决定性的作用,对催化进行了专门阐述“2020催化展望报告”。 1997年,IUPAC组织编写的21世纪的化学丛书中将催化展望列为丛书的第一部。 2001年3月,美国能源部组织其下属的基础能源科学研究领域的科学家,就催化科学的发展方向举行研讨会,并发表了研讨结果;2002年5月再次举行催化科学研究方向研讨会,并基于研讨会的结果于2005年在其西北太平洋国家实验室(PNNL)成立界面催化研究所(http:/iic.pnl.gov/),进行多学科交叉的催化研究来应付面临的能源领域
4、的挑战。 2003年3月,science杂志刊出了以催化为主题的专栏7。,二、催化的过去, 现在和将来 催化的发展:实践-理论-实践- 2.1 History before 1940 1834年: Berzelius, 引入”catalysis”术语; 1814年: Kirchhoff, 发现酸能催化淀粉水解; 1817年: Humphry Davy, 置于空气和煤气混合物的热铂丝会变得炽热; 1824年: Henry, 发现第一个催化剂中毒现象: 乙烯能够抑制H2和O2在Pt上的反应; 同时他也注到氢气,CO,甲烷在氧气中得选择氧化; 1824年: Dbereiner, 商业化的催化反应-”
5、tinderbox”; 1834年: Michael Faraday研究了铂片对氢气氧化反应的影响;,1845年: Grove,发现热铂丝同样也能够催化水蒸气得分解; 1860年左右: Phillips, 申请铂催化SO2空气氧化为 SO3的专利; 1871年: 工业化催化过程(Deacon process)HCl催化氧化到氯气; 1877年: Lemoine, 发现HI非催化分解反应和催化分解反应最终的化学平衡点相同(19%350C); 1879年: Bertholet, 研究酸催化的有机酸酯化和酯水解, 发现催化剂不影响化学平衡; 1900年左右: 催化加氢反应: foodstuffs O
6、ils, fats & waxes vitamins medicines, soap,Ni-based catalysts,1909年7月2日: Fritz Haber, 利用还原过的Fe3O4为催化剂, 在高压反应装置由N2和H2合成出大量的氨气(BASF工业化) ; 1923年: BASF公司, 建成合成气制备甲醇的工厂(400C, 200bar,Zn-Cr Oxides为催化剂); 1937年: Union Carbide公司, 商业化银催化的乙烯环氧化制环氧乙烯; Late 1930s: 催化裂化(catalytic cracking) Fixed-bed catalytic crac
7、king reactors Fluid-bed/Fluidized catalytic cracking (FCC) 1930s: Ipatieff & Pines, 低碳烯烃的低聚反应(solid phosphoric acid, SPA),2.2 Applied catalysis since the 1940s 合成分子筛(synthetic zeolite)在催化中的应用 1960年: 烷烃异构化 1964年: 催化裂化 1974年起: ZSM-5广泛用于 MTG (methanol to gasoline) Xylene isomerization,HR-TEM of ZSM-5,双
8、功能催化剂(dual-function catalysts)在催化重整和异构 中的应用 双功能催化剂组成:分散在酸性载体上的过渡金属 过渡金属:催化加氢-脱氢 酸性载体:异构化,Pt/Al2O3 dual-function catalyst MCP: methylcyclopentane He: n-hexane i-He: isohexane CH: cyclopentane CHde: cyclohexadiene B: benzene,加氢脱硫/加氢脱氮: Co/MoS2, Ni/WS2 supported on Al2O3; 氢源技术: catalytic hydrocarbon re
9、forming & catalytic steam-reforming 烃类的选择脱氢/选择氧化 烯烃的歧化反应 烯烃的聚合反应: Ziegler-Natta 催化剂(TiCl3/MgCl2),2.3 Current Trends in Applied Catalysis Auto-Exhaust Catalysts (Three-way catalysts) Pt-Rh/CeO2-Al2O3/Mg2Si5Al4O18,The effects of air/fuel ratio on the emission in auto-exhaust of HC, NO, and CO,Catalyst
10、s in Electrochemistry & Photoelectrochemistry 太阳能利用: 光解水, CO2还原到甲醇, 污染物降解,Photosynthesis,Photoelectrolysis,Asymmetric Sites on Heterogeneous Catalysts Modifying the solid surfaces to function enantioselectively Homogeneous catalysis: 3-D solutions Heterogeneous catalysis: 2-D surface “2-D STEREOSELE
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