工业催化第二章第一讲论述课件

1、第二章 多相催化反应基础宋伟明 Chapter 2 The catalysis Heterogeneous2.1 Adsorption of catalyst2.2 Physical & chemical adsorption 2.3 Potential energy curves for adsorption 2.4 Adsorption state & bond 2.5Reaction kinetics of heterogeneous catal. 推荐阅读文献Michael Bowker, The Basis and Applications of Heterogeneous Cata

2、lysis, Oxford Press, 1998J.M.Thomas, W.J.Thomas, Principles and practice of heterogeneous catalysis, VCH, 1997赵光，邓启刚编著工业催化基础，哈尔滨工业大学出版社黄仲涛主编，工业催化，化学工业出版社，2000王尚弟，孙俊全，催化剂工程导论，化学工业出版社，2001催化学报、石油化工、分子催化、工业催化和化学反应工程与工艺、化工学报和高校化学工程学报等中文期刊Journal of Catalysis , Applied Catalysis A, B, C Catalysis Today C

3、hemical Engineering Science催化反应分类非均相催化（多相催化）Heterogeneous catalysis: the catalyst and reactant are in different phases均相催化 Homogeneous catalysis: the catalyst and reactant are in the same phase按照不同催化方式分类：光催化、电催化、生物酶催化（Enzymatic catalysis ）、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

4、碱型催化反应、氧化还原型反应2.1 heterogeneous catalysis2.1多相催化反应 Heterogeneous catalytic reaction model a. Mass transfer of reactants （反应物的质量传递过程） b. Diffusion of reactant molecular（扩散） c. Adsorption of the reactants （吸附） d. Surface reaction (表面反应） e. Desorption of the products （脱附） f. Diffusion of the products m

5、olecular （扩散） g. Mass transfer of the products（传递）多相催化反应过程是气体(液体)反应物在固体催化剂表面进行的，反应物和产物在催化剂孔中的扩散和在表面上的吸附作用是反应的必经步骤研究催化剂的吸附、表面积和孔结构是很重要的The surface energy of a covalent solid The surface energy of an ionic solidThere is an imbalance of forces at the surface ;One form of adsorption occurs as a result o

6、f a molecules interaction with these free valances 吸附作用几个关键概念通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置称为吸附中心或吸附位。吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加，称为吸附过程。气体浓度在表面上减少的过程，则称为脱附过程。当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等时，表面上气体的浓度维持不变，这样的状态称为吸附平衡。2.2物理吸附与化学吸附2.2 Physical & chemical adsorption adsorption Physical Chemical Adsorptionbo

7、nd Vans Chemical Adsorptionheat small big Selectivity no yes Adsorptionlayer Many single AdsorptionT low high Newpeakof adsorptionstate no yesBack 物理吸附和化学吸附的区别 物理吸附吸附力 范德华力吸附层 单层或多层选择性 无热效应 较小，近于 液化热吸附速度较快，不受 温度影响， 不需活化能 化学吸附 化学键力 单层 有 较大， 近于 化学反应热 较慢，温度升高 速 度加 快，需活化能催化反应与吸附的关系 气固相催化反应中，至少有一种反应物要吸附在

8、催化剂的表面上（only one adsorped on the surface)。吸附键的强度要适当，吸附的过强或过弱都不利于下一步化学反应的进行。如果催化剂对反应物吸附过强，往往形成较稳定的表面络合物；吸附过弱，反应物分子活化不够，不利于反应。吸附强弱的度量方法The metric of adsorption strength吸附物种与催化剂表面键合形成化学吸附键的强弱，由反应物与催化剂的性质及吸附条件决定。其数值大小可由化学吸附热度量（heat of adsorption）。吸附热越大，吸附键愈强；反之，吸附热越小吸附键越弱。因此，吸附热是选择催化剂时要考虑的因素之一。积分吸附热Inte

9、gral heat of adsorption 在一定温度下，当吸附达到平衡时，平均吸附1mol气体所放出的热量称为积分吸附热q积，它反映了吸附过程中在一个比较长的时间内，热量变化的平均结果，常用于区分物理吸附与化学吸附微分吸附热Differential adsorption heat催化剂表面吸附的气体从n mol 增加到 (n+dn) mol时，平均吸附每摩尔气体所放出的热量微分吸附热反映了吸附过程某一瞬间的热量变化。微分吸附热是表面覆盖度的函数表面覆盖度-已被吸附分子覆盖的表面积占吸附饱和时总吸附表面积的分率。 微分吸附热是覆盖度的函数，其变化关系比较复杂。有三种类型。类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为常数。这是理想的吸附情况，实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔(Langmuir)吸附。类型II，微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附称为焦姆金（Temkin）吸附。类型III，微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附称为费兰德利希(Freundlich)吸附。后两类吸附热皆随覆盖度变化，称为真实吸附。多数实验结果是属于后两类或由后两类派生出来的。初始吸附热初始吸附热q0是指当=0时的微分吸附热，可由q微- 曲线外推至=0得到。初始吸附热与催化活性相关，可用于比较不同催化剂的