工业催化催化剂.pptx

稀贵金属利用稀贵金属利用 环境友好型催化剂环境友好型催化剂2014年5月17日n催化剂的基本概念n贵金属催化剂n贵金属催化剂应用催化剂基本概念催化剂基本概念 工业催化剂的定义及特征工业催化剂的定义及特征n定义定义 催化剂作为一种化学物质，借助于与反应物间的相互作用，加速反应的速率，在完成催化的一次反应后，又恢复到原来的化学状态，且在反应的最终产物中不显示。n 特征特征 只能加速理论上可以进行的反应 只能加速反应趋于理论最大产率，不能提高超过理论产率 对反应具有选择性 催化剂具有一定的寿命 催化剂基本概念催化剂基本概念 工业催化剂构成工业催化剂构成催化剂的辅助成分，自身活性很小或没有活性，通过改变催化剂物化性质，提高催化剂指标或促进载体功能。催化剂的主要活性成分，由单一物质或多种物质组成。常见的有金属单质或氧化物以及有机配位物等。催化剂活性组分的分散剂、黏合剂或支撑体，是负载活性组分的骨架。关系到催化剂的性能指标。催化剂基本概念催化剂基本概念 工业催化剂指标工业催化剂指标n反应速率（吸氢速率）：反应速率（吸氢速率）：在固定条件下，完成一次催化反应时，每克催化剂每分钟的平均吸氢量。n活性（转化率）：活性（转化率）：在固定条件下，已转化的指定反应物的量占指定反应物进料量的比例。n选择性：选择性：在固定条件下，转化成目标产物的指定反应物的量占已转化指定反应物的量的比例。n稳定性：稳定性：催化剂的活性和选择性随时间变化的情况。包括热稳定性、化学稳定性和机械稳定性三方面。n寿命：寿命：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使用时间。n环境友好和自然界的相容性：环境友好和自然界的相容性：催化剂应无毒无害，对环境友好，反应的剩余物与自然相融。贵金属催化剂贵金属催化剂n定义定义 以单一或多种贵金属以不同价态构成主活性组分的催化剂。n构成构成 Al2O3、SiO2、纳米碳纤维、堇青石等CeO2、TiO2、ZrO2、La等单质：Pt、Pd、Pt-Pd、Pd-Ru、Ag氧化物：PtO2、Rh2O3配合物Pd（PPh3）3贵金属催化剂的特点贵金属催化剂的特点 易吸附反应物，催化活性高 生成热小，对氧和氢的结合力弱，脱附快 热稳定性好，适用温度范围大 化学稳定性高，不易被氧化还原，不易被腐蚀 具有多种催化活性（如光催化、电催化等）贵金属催化剂的应用贵金属催化剂的应用 目前贵金属催化剂主要应用于以下三个领域：n绿色化工催化生产绿色化工催化生产 加氢还原反应、氧化反应、脱氢、催化重整等n环境保护领域环境保护领域 汽车尾气的催化、挥发性有机废气催化、有机废水处理等n能源领域能源领域 化学燃料电池等n铂（Pt）基催化剂最早在化工中被开发应用的铂族金属催化剂、应用最广的铂族金属催化剂n钯（Pd）基催化剂在催化加氢反应中应用最广n铑（Rh）基催化剂具有反应条件温和、反应选择性高等特点n钌（Ru）基催化剂对特定的加氢反应具有较高的催化活性n铱（Ir）基催化剂用于航天推进剂肼分解催化。贵金属催化剂化工中的应用贵金属催化剂化工中的应用 铂族金属催化剂铂族金属催化剂铂族金属催化剂化工中的应用铂族金属催化剂化工中的应用n铂族金属催化剂在化工生产中常见的反应 硝基加氢反应：-NO2 -NH2 不饱和烃加氢反应：C=C CH-CH、CC CH2-CH2 羰基加氢反应：C=O CHOH 脱氯加氢反应：C-Cl C-H 苯环加氢反应：C6H6 C6H12 乙烯氧化反应：C=CCH3-CHO或C=C-COOH 羧基加氢反应：-COOH -CH2OH 铂族金属催化剂化工中的应用铂族金属催化剂化工中的应用n铂（Pt）基催化剂用于一般的官能团和苯环加氢。特别是氧化还原反应。n钯（Pd）基催化剂除用于催化加氢反应外，对偶联反应具有催化作用。如：SUZUKI反应、Heck反应、Stille反应等。n钌（Ru）基催化剂对羰基还原及芳环加氢具有很高的催化活性。如：脂肪醛、脂肪酸加氢还原为脂肪醇，苯环、杂环加氢等n氧化反应贵金属活性顺序：PtPdRhn葡萄糖加氢贵金属活性顺序：RuRhPdn一般加氢还原催化活性顺序：PtPdRhn喹啉加氢反应的催化活性顺序：RuPdPtIrn汽车尾气的催化汽车尾气的催化尾气：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）三效催化剂（三效催化剂（TWG）：）：活性组分：Pd-Pt-Rh 助剂：La系金属（La、Ce.）载体：整体蜂窝状堇青石陶瓷（2MgO2Al2O35SiO2）原理：原理：COCO2 HC H2O+CO2 NOx N2n工业有机废气（工业有机废气（VOCs）催化燃烧）催化燃烧催化剂作用：催化剂作用：降低有机物燃点，促进有机物的充分燃烧，对燃烧尾气进行催化还原贵金属催化剂的应用贵金属催化剂的应用 环境保护中的应用环境保护中的应用HCHO（g）HCHO（a）贵金属催化剂的应用贵金属催化剂的应用 能源领域的应用能源领域的应用n化学燃料电池 原理：原理：以有机物为原料通过电化学反应将化学能直接转化为电能。如直接甲醇燃料电池、直接乙醇燃料电池、直接甲酸燃料电池。催化剂的作用：催化剂的作用：促进有机物的分解，同时吸附分解 中间体，与催化剂负载的O2，进行 反应