工业催化金属催化剂

典型金属催化剂催化作用剖析

指导教师：季东主讲人：薛杰琛合金催化剂及其催化作用01目录典型金属催化剂催化作用剖析02金属催化剂开发与应用进展03

合金催化剂：上世纪五十年代人们在调变催化剂的催化性能时，采用合金办法调变金属催化剂的“d带空穴”，从而改变催化剂性能。将过渡金属含有“d带空穴”的组分（Ni,Pt,Pd）与不含“d带空穴”但具有未配对的s电子的第一副族元素（Cu,Ag,Au）组合成合金。合金催化剂及其催化作用011.机械混合：各金属原子仍保持原来的晶体结构，只是粉碎后机械混合在一起，常用于晶格结构不同的金属。2.化合物合金：金属原子间靠化学力结合组成金属化合物，两种金属符合化合物计量的比例。3.固溶体：介于上述两者之间，这是一种固态溶液，其中一种金属可视为溶液，另一种较少的金属可视为溶解在溶剂中的溶质。合金的分类合金的表面富集表面富集：大多数合金都会发生，使合金的表相组成与体相组成不同。决定因素：1.合金中表面自由能较低（升华热较低）的组分容易在表面富集。因此表面自由能的很小差别就会造成很大的表面富集。2.合金表相组成与接触的气体性质有关，与气体有较高吸附热的组分容易在表面富集。※合金的表相组成对催化剂催化性能的影响往往比体相更直接。一.合成氨工业催化剂主催化剂：Fe3O4助催化剂：Al2O3、K2O、CaO、MgO等合成氨催化剂：通常用磁铁矿和少量助剂在熔炉里熔融，在室温下冷却制备。反应条件：操作温度为400~500℃，压力为15~30MPa。典型金属催化剂催化作用剖析02合成氨催化反应机理结论：1.N2在催化剂表面化学吸附是几个Fe原子同时起作用2.Fe(111)晶面是起催化作用的主要晶面Fe（111）晶面的催化过程二、乙烯环氧化工业催化剂

乙烯

环氧乙烷

主催化剂：银（Ag）

载体：耐热ɑ-Al2O3（刚玉）小球、SiC（金刚砂）等

助催化剂：Ba、Al、Ca、Ce、Au或Pt等，采用浸渍法制备负载银催化剂。反应条件：气固相反应，反应温度在220~280℃。负载银催化剂环氧化乙烯环氧化机理：通常认为：其他机理：一致结论：（1）（2）凡是能减弱Oa与银之间的键能的环境（如吸附碳原子）将有利于乙烯的选择氧化。（3）在银表面易发生分子氧的解离吸附，并形成银下表层的原子氧。且银表面的吸附态原子氧随着氧的覆盖导致弱吸附态特性，使银成为此项工艺唯一有效的催化剂。（4）没必要对环氧乙烷选择性设一个6/7的上限。催化重整工业催化剂1、催化重整：在催化剂作用下，对汽油馏分中的烃类分子结构进行重新排列成新的分子结构的过程。2、代表性反应：（1）环烷烃脱氢芳构化：（2）烷烃芳构化：上述两反应可生产大量芳烃，即可提高汽油辛烷值，又可生产大量苯、甲苯、二甲苯，同时得到大量氢气。（3）异构化反应：（4）加氢裂化：（5）其他反应：包括脱硫、脱氮、脱氢以及积炭等副反应。催化重整催化剂：双功能催化剂1、具有脱氢、加氢功能的电子转移金属组分；2、具有异构化、环化等功能的质子转移的酸性组分。工业常用催化剂：金属Pt负载与酸性载体上的负载型金属催化剂。反应机理：合成氨的钌催化剂的开发银催化乙烯环氧化催化剂选择性的突破金催化剂的崛起金属催化剂开发与应用进展03合成氨的钌催化剂的开发20世纪30年代，Zenghelis和Stathis首次报道了合成氨的钌催化剂的活性，但当时钌的催化活性较铁的略差。1992年第一个非铁的合成氨催化剂由凯洛格公司应用于Kellogg合成氨生产工艺中。其钌催化剂以石墨化的碳为载体、Ru（CO)12为活性组分前驱体制成，可在300℃、8.5MPa下使用，其活性是传统熔铁催化剂的10~20倍，但由于钌催化剂的价格昂贵，活性高等特点，需要改进合成氨的工艺与其相适应。随着化肥工业的发展，我国合成氨催化剂发展迅速，进十年来在钌催化剂上也做出了大量的研究，钌与碳纳米管、活性炭组成的合成氨催化体系取得了突破性的进展，反应过程中催化剂活性和稳定性均达到了国际先进水平。银催化乙烯环氧化催化剂选择性的突破

环氧乙烷是乙烯工业衍生物中仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的重要有机化合物，目前环氧乙烷的生产均采用氧气直接氧化法。银催化乙烯环氧化是金属催化烯烃环氧化的成功范例。银催化剂的寿命一般在3~5年，由于在乙烯环氧化制环氧乙烷的生产成本中，原料乙烯通常占70%以上，因此环氧乙烷的选择性尤为重要。20世纪90年代，Shell公司推出的银-铼-铯催化剂，其初始选择性在90%左右，推翻了P.A.Kitty和W.M.Sachter提出的乙烯在银催化剂上氧化为环氧乙烷的选择性最高不超过85.7%的理论。还有一些公司也开发出了相应的催化剂，初始选择性在88%~90%。北京燕山石化研究院开发的YS-8810催化剂，连续运行一年后，选择性可稳定在88%。金催化剂的崛起长期以来，金一直被认为是化学性质最不活泼的、最稳定的一种金属。然而20世纪80年代一个重大的发现改变了人们对金的化学性质的认识。当金粒子小到纳米尺寸时，其对化学反应具