第一章绿色催化剂简介

1、绿色催化剂简介绿色催化剂简介主讲：张德懿主讲：张德懿石油化工学院石油化工学院目录一、催化剂基本知识一、催化剂基本知识二、催化剂发展状况二、催化剂发展状况三、绿色催化剂的种类三、绿色催化剂的种类一、催化剂基本知识一、催化剂基本知识催化剂（催化剂（Catalyst）作用）作用 降低反应活化能降低反应活化能 有选择地加快化学反应速率有选择地加快化学反应速率 改变化学反应历程改变化学反应历程应用范围应用范围 催化剂是化学工艺的基础，是许多化学反应催化剂是化学工艺的基础，是许多化学反应实现工业应用的关键。目前大多数化工产品的生产实现工业应用的关键。目前大多数化工产品的生产，均采用了催化反应技术，据统计，

2、约，均采用了催化反应技术，据统计，约85%化学品化学品是通过催化工艺生产的，新的化工过程有是通过催化工艺生产的，新的化工过程有80%以以上上是依靠催化技术来完成的。是依靠催化技术来完成的。特点： 催化剂只能实现热力学上可以发生的反应催化剂只能实现热力学上可以发生的反应 催化剂只能缩短或延长到达平衡的时间，催化剂只能缩短或延长到达平衡的时间，而不能改变转化率而不能改变转化率 催化剂具有选择性催化剂具有选择性 催化剂是第一步的反应物，最后一步的产催化剂是第一步的反应物，最后一步的产物，即经过一次化学循环后又恢复到原来的物，即经过一次化学循环后又恢复到原来的组成组成 处理后可多次反复使用 加入少量催

3、化剂定义能改变反应速率，而本身的组成、能改变反应速率，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后均不发生质量和化学性质在反应前后均不发生变化的物质叫做催化剂。变化的物质叫做催化剂。加快反应的为正催化剂，减慢反应加快反应的为正催化剂，减慢反应的为负催化剂。的为负催化剂。绿色化学工艺对催化剂提出的要求考察角度考察角度环境友好和经济性环境友好和经济性环境友好要求环境友好要求 催化剂自身应该是无毒的。催化剂构成材料应催化剂自身应该是无毒的。催化剂构成材料应该是环境友好的，特别杜绝催化剂在高温下分解该是环境友好的，特别杜绝催化剂在高温下分解，产生有毒气体；，产生有毒气体； 催化剂所涉及的反应原料和反应产物应

4、该是无催化剂所涉及的反应原料和反应产物应该是无毒的。原料无毒容易实现，但反应副产物产生不毒的。原料无毒容易实现，但反应副产物产生不可避免，要求副产物无毒；可避免，要求副产物无毒； 催化反应的后序分离过程也无毒。如萃取催化反应的后序分离过程也无毒。如萃取操作萃取剂加入。操作萃取剂加入。经济性要求经济性要求 催化剂自身的制造成本低，应由非金属催化剂自身的制造成本低，应由非金属构成，催化剂制造工序简单；构成，催化剂制造工序简单； 催化剂具有良好的操作特性。有好的稳催化剂具有良好的操作特性。有好的稳定性和使用寿命。防止使用定性和使用寿命。防止使用 过程分解变性过程分解变性，增强其抗毒性；，增强其抗毒性

5、； 催化剂应有较好的活性及选择性。催化剂应有较好的活性及选择性。绿色催化剂定义 绿色化学它对化学反应的要求是：绿色化学它对化学反应的要求是： 采用无毒、无害的原料；采用无毒、无害的原料； 在无毒无害及温和的条件下进行；在无毒无害及温和的条件下进行； 反应必须具有高效的选择性；反应必须具有高效的选择性； 产品应是环境友好的。产品应是环境友好的。 这四点要求之中有两点涉及到催化剂，这四点要求之中有两点涉及到催化剂，人们将这类催化反应称为绿色催化反应，人们将这类催化反应称为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。 金属催化剂金属催化剂 氧化物催化剂氧化物催化

6、剂 液态催化剂液态催化剂有机金属催化剂有机金属催化剂 选择性催化剂选择性催化剂 加氢精制催化剂加氢精制催化剂 分子筛催化剂分子筛催化剂 大型合成氨催化剂系列大型合成氨催化剂系列高效络合催化剂高效络合催化剂 固体催化剂的工业应用固体催化剂的工业应用 分子筛催化剂的工业应用分子筛催化剂的工业应用 环境保护催化剂的工业应用环境保护催化剂的工业应用 生物催化剂的工业应用生物催化剂的工业应用中国催化剂工业的发展中国催化剂工业的发展二、二、催催化化剂剂发发展展阶阶段段 萌芽时期（萌芽时期（20世纪世纪以前）以前）奠基时期（奠基时期（20世世纪初）纪初）大发展时期大发展时期（20世纪世纪3060年代）年代）

7、 规模规模扩大品种增加扩大品种增加更新换代时期更新换代时期（20世纪世纪7080年代）年代）萌芽时期（20世纪以前） 催化剂工业发展史与工业催化过程的开催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。发及演变有密切关系。1740年英国医生年英国医生J.沃沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制硫酸的工厂，硫酸的工厂，1746年英国年英国J.罗巴克建立了铅罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术从事工业规模生产的开端。技术从

8、事工业规模生产的开端。更新换代时期（20世纪7080年代） 在这一阶段，高效率的络合催化剂在这一阶段，高效率的络合催化剂相继问世；为了节能而发展了低压作相继问世；为了节能而发展了低压作业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋多样化；出现了新型分子筛催化剂；多样化；出现了新型分子筛催化剂；开始大规模生产环境保护催化剂；生开始大规模生产环境保护催化剂；生物催化剂受到重视。物催化剂受到重视。 1、高效络合催化剂高效络合催化剂 60年代，曾用钴络合物为催化剂生产。年代，曾用钴络合物为催化剂生产。1970年左右孟山都公司开发了低压法甲醇羰基化过年左右孟山都公司开发了低压法甲醇羰基

9、化过程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有的钴络合物催化剂比较，具有很高的正构醛选的钴络合物催化剂比较，具有很高的正构醛选择性，而且操作压力低。择性，而且操作压力低。 2、分子筛催化剂的工业应用、分子筛催化剂的工业应用 70年代初期，出现了用于二甲苯异构化的分年代初期，出现了用于二甲苯异构化的分子筛催化剂，代替以往的铂子筛催化剂，代替以往的铂/氧化铝；开发了甲苯氧化铝；开发了甲苯歧化用的丝光沸石

10、歧化用的丝光沸石(M-分子筛分子筛)催化剂。催化剂。70 年代末年代末期开发了用于苯烷基化制乙苯的期开发了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子筛催分子筛催化剂，取代以往的三氯化铝。化剂，取代以往的三氯化铝。80年代初，开发了年代初，开发了从甲醇合成汽油的从甲醇合成汽油的ZSM-5分子筛催化剂。在开发分子筛催化剂。在开发资源、资源、 发展碳一化学中，分子筛催化剂将有重要发展碳一化学中，分子筛催化剂将有重要作用。作用。3、环境保护催化剂的工业应用、环境保护催化剂的工业应用 1975年美国杜邦公司生产汽车排气净化催化年美国杜邦公司生产汽车排气净化催化剂，采用的是铂催化剂，铂用量巨大，剂，采用的是铂催化剂，铂用量巨大， 1979年占年占