催化剂的生产与应用

1. 西南科技大学网络教育系列课程 催化剂的生产与应用 开篇导学 霍冀川

2. 催化及催化剂的定义 1. 催化是什么？ • 催化是一种自然现象，早已在生物体中存在的现象。生物酶催化是生命的基础（在一个简单的生物细胞中约有3000个化学反应） • 例如：光合作用是一种能量储存与转换方式，叶绿素将光子吸收后，通过一系列酶催化过程将CO2和水转化为人体所能吸收的糖份。 • 人类很早就学会利用自然催化过程，如利用酵素将各种果子酿成美酒。 • 系统的催化研究始于19世纪初，Davy (1814)进行了催化燃烧实验, Berzelius (1836) 通过一系列化学实验，创造了“catalysis”一词,给催化一个初步的定义。

3. 催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被消耗的化学物质。催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被消耗的化学物质。 催化及催化剂的定义 2. 催化剂 催化剂是一种可以改变一个化学反应速度物质。

4. 催化剂的重要性 现代的化学、石油加工、能源、高分子材料、生化、制药等工业部门，以及环境保护领域，日益广泛地使用着催化剂。在化工生产中，催化过程占全部化学过程的 80％以上。催化技术，现在已成为调控化学反应速率与方向的核心技术。

5. 催化剂的重要性 氨的催化合成——催化科学研究历史中里程碑 • 1909年7月，F Haber发明高压法合成氨过程，获得90克产品。Haber因此而获得1918年Nobel Prize。C Bosch在BASF实验室发明的多组分熔铁催化剂推动了合成氨的工业化。1917年，运用H-B过程，在BASF形成60吨合成氨生产能力， C Bosch也获得了1931年Nobel Prize • 目前，世界合成氨的产量已经达到8000万吨以上

6. 催化作用合成了氨气，解决了全世界粮食问题

7. 催化剂的重要性 催化科学进步使石油化工迅速发展成世界经济支柱产业 • 1928年发现的多孔白土催化剂应用于重油裂化过程(cracking technology ) ，生产了高辛烷值燃料(higher octane fuel ) ，使得二战期间盟军战斗机获得更好的燃料。 • 20世纪60年代，美国Mobile公司将原先用于分离过程的沸石分子筛作为新催化材料应用于催化裂化后，催化裂化技术出现了重大突破，炼油工业产生新的飞跃。采用稀土促进的沸石分子筛裂化催化剂后，炼油装置的生产能力和汽、柴油产量大幅度提高。 • 1967年，发展了双金属重整催化剂（Pt-Re, Pt-Ir)，提高了汽油品质。

8. 我们依赖催化作用通过石油化工过程生产各种高分子材料（工程塑料、橡胶和功能高分子材料）我们依赖催化作用通过石油化工过程生产各种高分子材料（工程塑料、橡胶和功能高分子材料）

9. 催化剂的主要功能有： 1）使得原来难以在工业上实现的过程得以实现； 2）由过去常常使用的一种原料，可以改变为多种原 料； 3）原来无法生产的过程，可以实现生产； 4）原来需要多步完成的，变为一步完成； 5）由原来产品质量低，能耗大，变为生产成本低， 质量高； 6）由原来转化率低，副产物多，污染严重，变为转化率高，产物单一，污染减少。 没有催化学科和催化工程技术的开发利用，就不可能实现工业现代化。

10. 课程性质及目的 本课程是针对应用化工专业开设的一门专业课。目的在于使学生初步了解工业催化过程中催化剂的催化作用和原理、催化剂结构和性能；对工业催化剂的设计开发、制造生产和应用工程的基本理论与工程实践中的重要问题有比较全面、深入的认识，为从事催化剂及相关领域的科学研究和今后从事的工程技术实践打下良好基础。

11. 课程的任务及要求 • 1.理解工业催化剂的基本概念和特征； • 2.掌握催化剂的主要制备方法（沉淀法，浸渍法等）及原理； • 3.掌握催化剂的性能评价，能应用催化剂的宏观或微观物理性质的测试和表征，进行分析和评价催化剂； • 4.理解工业催化剂开发生产的一般方法； • 5.掌握工业催化剂制备和操作设计。

12. 第一章、工业催化剂概述 第二章、工业催化剂的制造方法 第三章、催化剂性能的评价、测试和表征 第四章、工业催化剂的开发 第五章、工业催化剂的制备设计 第六章、工业催化剂的操作设计 一般原理和方法 课程内容及安排 用典型性、新颖性催化剂案例，对催化剂实际的开发、制备、操作设计进行介绍。

13. 学习方法 • 2.勤于思考，培养自学和自己获取知识的能力。 1.本教材案例比较多，对案例要反复体会，使感性认识和理性认识相结合。 3 .按照本课程学习指导书体系安排和网页课程内容学习先后顺序学习.

14. 教材 • 主要教材： • 《催化剂工程导论》，王尚弟，化学工业出版社，2007，第二版 • 参考书： • 1.《催化剂工程》，储伟编，四川大学出版社，2006 • 2.《工业催化》，黄仲涛，化学工业出版社，2006 • 3.《催化化学》，吴 越编 ，科学出版社，2000 • 基础知识参考书： • 物理化学 化工原理 • 工业应用相关工程参考书： • 化学反应工程 • 化工热力学

15. 第一章 工业催化剂概述导学 主要内容: 1.1 催化剂及催化作用 1.2 催化剂基本特征 1.3 催化剂的分类 1.4 催化剂的化学组成与物理结构

16. 第一章 工业催化剂概述导学 • 基本要求： • 理解：催化剂的基本特征 • 掌握：固体催化剂的化学组成和物理结构 • 了解：三大类催化剂的功能和催化机理 重点：催化剂基本特征和催化作用 催化剂的化学组成和物理结构

17. 第二章工业催化剂的制造方法导学 主要内容: 2.1 沉淀法 2.2 浸渍法 2.3 混合法 2.4 离子交换法 2.5 催化剂的成型

18. 第二章工业催化剂的制造方法导学 基本要求： 1.掌握沉淀法和浸渍法的原理和制备技术 2.理解混合法、离子交换法、催化剂的成型 3.了解催化剂制备方法的新进展 • 重点：沉淀法和浸渍法的原理和制备技术 • 难点：沉淀法和浸渍法的原理

19. 第三章催化剂性能的评价、测试和表征导学 主要内容: 3.1 概述 3.2 活性评价 3.3 实验室反应器 3.4 催化剂宏观物理性质的测定 3.5 催化剂微观性质的测定

20. 第三章催化剂性能的评价、测试和表征导学 基本要求： 1.掌握催化剂活性的测定，催化剂的宏观物性测定及表征 2.理解催化剂微观性质的测定和表征，动力学研究 3.了解近代若干物理方法在催化剂中的应用 重点： 催化剂活性的测定，催化剂的宏观物性测定及表征 难点： 动力学研究，催化剂的宏观物性测定及表征

21. 第四章工业催化剂的开发导学 主要内容: 4.1 概述 4.2 实验室工作 4.3 扩大实验

22. 第四章工业催化剂的开发导学 基本要求： 1.了解工业催化剂开发的程序； 2.熟悉剖析催化剂参考样品时使用的物理方法和涉及的现代仪器； 3.了解新型催化剂的工业生产、试用 4.掌握催化剂实验室工作的基础知识 5.掌握中型制备试验中原料的影响，设备的放大效应，中型评价试验的设备和方法。 重点： 催化剂配方筛选，催化剂的工业生产，扩大试验

23. 第五章催化剂的制备设计导学 主要内容: 5.1 概述 5.2 催化剂设计的一般程序 5.3 组分设计与验证性筛选 5.4 热力学分析与反应通道的设计 5.5 化学反应机理研究与催化剂设计 5.6 催化剂原材料的选择

24. 第五章催化剂的制备设计导学 基本要求： 1.理解催化剂设计的一般程序 2.理解热力学分析与反应通道的设计，用多种方法改变反应通道的可能性 3.掌握催化剂材料的选择（主催化剂的选择，助催化剂的选择，载体的选择） 4.了解电子计算机辅助催化剂设计 重点： 催化剂及其设计的理论，催化剂设计的一般程序、组分设计与验证性筛选，催化剂原材料的选择 难点： 催化剂及其设计的理论，热力学分析与反应通道的设计

25. 第六章工业催化剂的操作设计导学 主要内容： 6.1 概述 6.2 一般操作经验 6.3 使用技术中的若干选择与优化问题 6.4 电子计算机辅助催化剂操作设计

26. 第六章工业催化剂的操作设计导学 基本要求： 1.理解一般操作经验，理解催化剂的钝化、失活、中毒、积碳原因及处理； 2.了解电子计算机辅助催化剂操作设计。 重点： 一般操作经验，使用技术中的若干选择与优化问题

27. 谢谢！