石油化工中應(yīng)用的催化材料課件

1、石油化工中應(yīng)用的催化材料石油化工中應(yīng)用的催化材料總體概括（一）三類重大的催化材料 1、沸石分子篩 2、茂金屬 3、生物催化劑（二）新型催化材料 1、新型沸石分子篩材料 2、雜多酸 3、非晶態(tài)合金 4、水溶性過(guò)渡金屬絡(luò)合物總體概括（一）三類重大的催化材料（一）三類重大的催化材料1、沸石分子篩 沸石分子篩是石油化工和石油煉制領(lǐng)域中最重要的和最受重視的催化材料之一。 沸石分子篩新型材料的開(kāi)發(fā)，主要立足于其結(jié)構(gòu)和組成的改變，能通過(guò)原料的選擇、配方變化、合成工藝條件調(diào)變以及多種改性措施，得到各具特性的固體酸材料和一些特殊的功能材料。沸石分子篩（一）三類重大的催化材料1、沸石分子篩沸石分子篩沸石分子篩活性

2、高選擇性高穩(wěn)定性好抗毒能力強(qiáng) 優(yōu)點(diǎn)沸石分子篩活性高選擇性高穩(wěn)定性好抗毒能力強(qiáng) 優(yōu)點(diǎn)性能 (一)吸附性能 1、選擇性吸附 (1)根據(jù)分子大小不同進(jìn)行選擇吸附 (2)按分子極性不同進(jìn)行選擇吸附 2、高效吸附(二)離子交換性能(三)催化性能 性能 (一)吸附性能 1、選擇性吸附2、茂金屬 20世紀(jì)80年代以來(lái)開(kāi)始進(jìn)行茂金屬及聚合物的研究與開(kāi)發(fā)，20世紀(jì)90年代得到了工業(yè)應(yīng)用。 茂金屬催化劑具有單活性中心，生成聚合物相對(duì)分子質(zhì)量分布窄，能得到幾乎是“分子純”的聚合物。 這種催化劑生產(chǎn)成本高，而后過(guò)渡金屬催化劑是近年來(lái)受歡迎的一種新型烯烴聚合催化劑。2、茂金屬后過(guò)渡金屬催化劑易于制備價(jià)格便宜高活性性能穩(wěn)

3、定產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)量可控對(duì)官能團(tuán)容忍性好優(yōu)點(diǎn)后過(guò)渡金屬催化劑易于制備價(jià)格便宜高活性性能穩(wěn)定產(chǎn)物相對(duì)分子質(zhì)3、生物催化劑 生物技術(shù)的研究始于20世紀(jì)5060年代，但直到20世紀(jì)90年代，基因重組工程和生物篩選技術(shù)的改進(jìn)和新的穩(wěn)定技術(shù)的開(kāi)發(fā)成功，生物催化劑才開(kāi)始應(yīng)用于多種工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程。-淀粉酶的蛋白質(zhì)立體圖3、生物催化劑-淀粉酶的蛋白質(zhì)立體圖生物催化選擇性高副反應(yīng)少反應(yīng)條件溫和設(shè)備簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)因此是綠色生產(chǎn)技術(shù)生物催化選擇性高副反應(yīng)少反應(yīng)條件溫和設(shè)備簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)因此是綠色生（二）新型催化材料1、新型沸石分子篩材料 納米ZSM5沸石分子篩 沸石 鈦硅沸石分子篩2、雜多酸3、非晶態(tài)合金4、水溶性過(guò)渡金屬絡(luò)合物

4、（二）新型催化材料1、新型沸石分子篩材料納米ZSM-5沸石分子篩 它特別是應(yīng)用于對(duì)位二烷基苯的合成，在保持高選擇性的同時(shí)，還能有相當(dāng)好的轉(zhuǎn)化率和活性穩(wěn)定性，被認(rèn)為是新一代沸石分子篩催化劑將推動(dòng)擇形催化的工業(yè)應(yīng)用。ZSM-51、新型沸石分子篩材料納米ZSM-5沸石分子篩 它特別是應(yīng)用于對(duì)位ZSM-5熱穩(wěn)定性好耐酸性水蒸氣穩(wěn)定性憎水性不易積碳優(yōu)異的擇形選擇性優(yōu)點(diǎn)ZSM-5熱穩(wěn)定性好耐酸性水蒸氣穩(wěn)定性憎水性不易積碳優(yōu)異的擇沸石 沸石是美國(guó)Mobil公司于1967年首次使用鋁酸鈉、硅膠、四乙基氫氧化銨（TEAOH)和水混合晶化而成的硅鋁化合物。沸石是迄今為止唯一具有三維交叉孔道、十二元環(huán)且硅鋁比在較大

5、范圍內(nèi)可調(diào)的大孔沸石。資生沸石的分子構(gòu)造沸石 沸石是美國(guó)Mobil公司于1967-沸石較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性較好的吸附性適度的酸性優(yōu)點(diǎn)-沸石較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性較好的吸附性適度的酸性優(yōu)點(diǎn)鈦硅沸石分子篩 鈦硅分子篩，其特征在于該分子篩具有由兩套十元環(huán)孔道和一套九元環(huán)孔道交錯(cuò)組成的三維孔道結(jié)構(gòu)，它的第一套大體平行的孔道由四配位原子組成的十元環(huán)構(gòu)成；第二套孔道也是由四配位原子組成的十元環(huán)構(gòu)成，并與第一套孔道相互垂直交錯(cuò)；第三套孔道與第一、第二套孔道交錯(cuò)，并由四配位原子組成的九員環(huán)構(gòu)成，具有的無(wú)水氧化物的摩爾組成為(0.0010.2)TiO2SiO2。該分子篩可以作為催化氧化催化劑。鈦硅沸石分子篩 鈦硅分子篩，其特

6、征在于該分簡(jiǎn)介 20世紀(jì)80年代出現(xiàn)鈦硅分子篩(TS-1)與雙氧水組成的溫和催化氧化體系，引起了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，因?yàn)槠渑c傳統(tǒng)氧化工藝相比，具有對(duì)環(huán)境友好、操作安全（鈦硅沸石分子篩在以雙氧水為氧化劑的低溫氧化反應(yīng)中具有特殊的催化性能,其反應(yīng)條件溫和,選擇性高,副產(chǎn)品為水,對(duì)環(huán)境污染 小）的優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)“經(jīng)典法”合成TS-1成本較高，限制其工業(yè)上廣泛應(yīng)用。為此二十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究者在降低其合成成本方面進(jìn)行了大量的研究。 簡(jiǎn)介 20世紀(jì)80年代出現(xiàn)鈦硅分子篩(TS2、雜多酸 雜多酸是由兩種以上不同無(wú)機(jī)含氧酸縮合而成的多元酸的總稱。 主要是1:12系列的Keggin型結(jié)構(gòu)如H3PMO12O14

7、xH2O等，它具有強(qiáng)酸性和氧化性。其酸性一般比組成雜多酸各組分的含氧酸的酸性強(qiáng)，作為氧化劑時(shí)極易氧化其他物質(zhì)，使自身呈還原狀態(tài)而又極易再生。體相內(nèi)的雜多離子之間有一定空隙，有些極性分子可進(jìn)出，使固體雜多酸如同以濃溶液作催化劑一樣，有均相催化反應(yīng)的特點(diǎn)，稱此為“假液相”。2、雜多酸 雜多酸是由兩種以上不同無(wú)機(jī)含氧酸雜多酸優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特的酸性 “準(zhǔn)液相”行為 多功能（酸、氧化、光電催化） 雜多酸優(yōu)點(diǎn)獨(dú)特的酸性 “準(zhǔn)液相”行為 多功能（酸、氧化、光電組氨酸12-硅鎢雜多酸鹽超分子化合物圖不同的酸酐組成的雜多酸組氨酸12-硅鎢雜多酸鹽超分子化合物圖不同的酸酐組成的雜多酸3、非晶態(tài)合金 非晶態(tài)合金， 自然界的

8、各種物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)可以按其組成原子的排列狀態(tài)分為兩大類：有序結(jié)構(gòu)和無(wú)序結(jié)構(gòu)。晶體是典型的有序結(jié)構(gòu)，而氣體、液體和非晶態(tài)固體屬于無(wú)序結(jié)構(gòu)。非晶態(tài)固體材料又包括非晶態(tài)無(wú)機(jī)材料(如玻璃)、非晶態(tài)聚合物和非晶態(tài)合金(又稱金屬玻璃)等類型。 3、非晶態(tài)合金 非晶態(tài)合金， 自然界的各種物非晶態(tài)合金優(yōu)點(diǎn)奇妙的非晶態(tài)材料金屬玻璃耐蝕性能好催化性能好貯氫性能好非晶態(tài)合金優(yōu)點(diǎn)奇妙的非晶態(tài)材料金屬玻璃耐蝕性能好催化性能好4、水溶性過(guò)渡金屬絡(luò)合物 以水溶性過(guò)渡絡(luò)合物為催化劑的兩項(xiàng)（有機(jī)相-水相）催化體系的研究，從20世紀(jì)70年代中期到現(xiàn)代的20多年中，取得了令人矚目的進(jìn)展。 水溶性過(guò)渡金屬絡(luò)合催化已成為均相催化中一個(gè)

9、獨(dú)立的、也是具有活力和希望的研究領(lǐng)域之一。4、水溶性過(guò)渡金屬絡(luò)合物 以水溶性過(guò)渡絡(luò)合物8-4-3過(guò)渡金屬超分子圖8-4-3過(guò)渡金屬超分子圖8-4-3過(guò)渡金屬超分子圖8-4-3過(guò)渡金屬超分子圖謝謝收看制作人：佟坤謝謝收看制作人：佟坤（1）根據(jù)分子大小不同進(jìn)行選擇吸附 由于分子篩具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中存在著很多排列得非常整齊而有規(guī)則的孔穴(籠子)，而且孔的直徑也很均勻，其大小和一般分子有相近的數(shù)量級(jí)。它們只能使直徑比孔小的分子進(jìn)入，直徑比孔大的分子則排斥在外，因此，沸石分子篩在吸附時(shí)具有篩分分子的作用，或者說(shuō)對(duì)分子的形狀大小具有選擇作用。利用這一性質(zhì)，分子篩在吸附時(shí)可按形狀不同，把物質(zhì)分離開(kāi)

10、來(lái)。 （1）根據(jù)分子大小不同進(jìn)行選擇吸附 由于分(2)按分子極性不同進(jìn)行選擇吸附 沸石分子篩具有很大的內(nèi)表面，一般約為6001000米3/克，在內(nèi)表面上存在著靜電場(chǎng)，因此具有極性。對(duì)含有極性基團(tuán)(如-OH,-NH2，-SH，CO)的極性物質(zhì)或者對(duì)容易被極化的物質(zhì)(如不飽和烴等)能產(chǎn)生吸附作用，而且極性越大、或越容易被極化的物質(zhì)，就越容易被吸附。因此，沸石分子篩對(duì)分子的極性大小具有選擇作用，可按物質(zhì)極性不同，把它們分離開(kāi)來(lái)。 (2)按分子極性不同進(jìn)行選擇吸附 沸石分高效吸附水是極性很強(qiáng)的物質(zhì)，很容易被沸石所吸附，因此常把沸石作為干燥劑使用，而且和其他干燥劑相比，有其突出的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)硅膠和氧化鋁等一般吸附劑講，在水蒸氣的分壓或濃度很低時(shí)，或者吸附溫度較高、氣流速度較大時(shí)，它們的吸水率就很差?？墒欠惺肿雍Y，即便在低分壓、低濃度、高溫和高速等條件下，仍具有很好的吸水效率。高效吸附水是極性很強(qiáng)的物質(zhì)，很容易被沸石所吸附，因此常把沸(二)離子交換性能沸石分子篩中存在著大量的陽(yáng)離子，對(duì)合成沸石講，都是鈉離子。這些鈉離子能和其他陽(yáng)離子進(jìn)行可逆交換，交換后，可使晶體內(nèi)部的靜電場(chǎng)發(fā)生變化，從而改變其吸附性能，其改變程度隨陽(yáng)離子性質(zhì)以及交換度的不同而不同，這樣，就可利用不同的陽(yáng)離子進(jìn)行不同程度的交換來(lái)調(diào)節(jié)分子篩的吸附性能，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)它的催化性能，因此離子交換是沸石分子篩的