工業(yè)催化試題答案

催化科學(xué)與技術(shù)八大領(lǐng)域：1.多相催化科學(xué)與技術(shù)2.均相催化科學(xué)與技術(shù)(包括負載絡(luò)合催化,均相過程多相化).3.光、電催化科學(xué)與技術(shù)(光催化與電極催化過程).4.酶催化科學(xué)與技術(shù)(酶的構(gòu)造與性能,酶改性,酶濃集和固定化,酶的別離和負載以及仿酶催化).5.催化別離科學(xué)與技術(shù)(催化蒸餾,催化膜反響,催化萃取)7.催化劑制造科學(xué)與技術(shù)(沉淀法,浸漬法,沉淀沉積法,溶膠凝膠法,超臨界反響法,等離子體法,生物法制酶等).8.催化劑性能表征和催化研究方法特征：〔1〕催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進展的反響.〔2〕只能加速到達反響平衡的時間，不能改變化學(xué)平衡位置.〔3〕催化劑對反響具有選擇性〔4〕催化劑活性有一定壽命催化劑組成活性組分：提供改變反響歷程的組分，多為金屬、氧化物、酸堿載體組分：是或活性組分的分散劑、粘合劑、或支撐體。多數(shù)為硅和鋁的氧化物助催化劑組分：催化劑的輔助組分，本身沒有活性或者活性很低，用于改善催化劑的各種性能載體功能：提供適宜的比外表和孔構(gòu)造維持催化的形狀和機械強度改善催化劑熱傳導(dǎo)性提高催化劑中活性組分分散度提供附加活性中心活性組分和載體的溢流現(xiàn)象和強相互作用活性組分與載體的溢流現(xiàn)象〔Spillover〕和強相互作用

所謂溢流現(xiàn)象，是指固體催化劑外表的活性中心〔原有的活性中心〕經(jīng)吸附產(chǎn)生出一種離子的或者自由基的活性物種，它們遷移到別的活性中心處〔次級活性中心〕的現(xiàn)象。它們可以化學(xué)吸附誘導(dǎo)出新的活性或進展某種化學(xué)反響。如果沒有原有活性中心，這種次級活性中心不可能產(chǎn)生出有意義的活性物種，這就是溢流現(xiàn)象。它的發(fā)生至少兩個必要的條件：〔A〕溢流物種發(fā)生的主源；〔B〕承受新物種的受體，它是次級活性中心。工業(yè)催化劑的要求1、催化劑的活性：2、催化劑的選擇性：3、催化劑的穩(wěn)定性4、環(huán)境相容性催化劑穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱穩(wěn)定性、抗毒穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性螺型位錯：在切應(yīng)力τ的作用下，晶體右端上下兩局部沿滑移面ABCD發(fā)生了一個原子間距的局部位移，而右半局部未發(fā)生位移，其邊界限bb’就是一條位錯線，平行于滑移方向。在bb’和AB兩線之間有一個約幾個原子間距寬，上下層原子不吻合的過渡區(qū)?；旌衔诲e：位錯線與滑移方向既不垂直、又不平行的位錯。混合位錯可以分解成韌型位錯和螺型位錯?；诰w構(gòu)造的周期性，晶體中各個電子的散射波可相互干預(yù)相互疊加，稱之為相干散射或衍射。包括五個連續(xù)的步驟。(1)反響物分子從氣流中向催化劑外表和孔內(nèi)擴散；(2)反響物分子在催化劑外表上吸附；(3)被吸附的反響物分子在催化劑外表上相互作用或與氣相分子作用進展化學(xué)反響；(4)反響產(chǎn)物自催化劑外表脫附；(5)反響產(chǎn)物離開催化劑外表向催化劑周圍的介質(zhì)擴散。上述步驟中的第(1)和(5)為反響物、產(chǎn)物的擴散過程。屬于傳質(zhì)過程。第(2)、(3)、(4)步均屬于在外表進展的化學(xué)過程，與催化劑的外表構(gòu)造、性質(zhì)相反響條件有關(guān)，也叫做化學(xué)動力學(xué)過程外擴散：反響物分子從流體體相通過吸附在氣、固邊界層的靜止氣膜〔或液膜〕到達顆粒外外表，或者產(chǎn)物分子從顆粒外外表通過靜止層進入流體體相的過程，稱為外擴散過程。內(nèi)擴散：反響物分子從顆粒外外表擴散進入到顆粒孔隙內(nèi)部，或者產(chǎn)物分子從孔隙內(nèi)部擴散到顆粒外外表的過程，稱為內(nèi)擴散過程。擴散控制的判斷和消除：為充分發(fā)揮催化劑作用，應(yīng)盡量消除擴散過程的影響外擴散阻力：氣固〔或液固〕邊界的靜止層消除方法：提高空速內(nèi)擴散阻力：催化劑顆?？障秲?nèi)經(jīng)和長度.消除方法：減小催化劑顆粒大小，增大催化劑空隙直徑物理吸附與化學(xué)吸附特點物理吸附是外表質(zhì)點和吸附分子之間的分子力而引起的。具體地是由永久偶極、誘導(dǎo)偶極、色散力等三種范德華引力。物理吸附就好似蒸汽的液化，只是液化發(fā)生在固體外表上罷了。分子在發(fā)生物理吸附后分子沒有發(fā)生顯著變化?；瘜W(xué)吸附是在催化劑外表質(zhì)點吸附分子間的化學(xué)作用力而引起的，如同化學(xué)反響一樣，而兩者之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移并形成離子型，共價型，自由基型，絡(luò)合型等新的化學(xué)鍵。吸附分子往往會解離成原子、基團或離子。這種吸附粒子具有比原來的分子較強的化學(xué)吸附能力。因此化學(xué)吸附是多相催化反響過程不可缺少的根本因素。物理吸附吸附力范德華力吸附層單層或多層選擇性無 熱效應(yīng)較小，近于液化熱吸附速度 較快，不需活化能 化學(xué)吸附化學(xué)鍵力單層有 較大，近于化學(xué)反響熱較慢，溫度升高速度加快，需活化能氧化物外表的化學(xué)吸附n型半導(dǎo)體氧化物(電子導(dǎo)電)特點：如ZnO1-x〔脫氧后有Zn0存在〕〔1〕外表符合化學(xué)計量關(guān)系〔少見)：不發(fā)生氧化劑O-2化學(xué)吸附〔2〕外表缺氧〔一般如此〕：O-2發(fā)生較弱的化學(xué)吸附〔3〕對復(fù)原性氣體：有較強的化學(xué)吸附，外表O-2會被復(fù)原p型半導(dǎo)體氧化物(正電離子空穴導(dǎo)電)特點：如NiO1+x〔存在過剩O〕〔1〕吸附氧化劑使金屬氧化數(shù)升高，外表形成氧離子覆蓋層〔2〕吸附復(fù)原劑，金屬離子被復(fù)原絕緣體氧化物〔確定化學(xué)計量氧化物MgO、SiO2、Al2O3〕上吸附：他們不是通過金屬的氧化－復(fù)原來吸附，而是通過外表的羥基化作用：重構(gòu)〔reconsrtuctions〕：外表原子尋求新平衡位置引起的另一種構(gòu)造變化，重構(gòu)不僅鍵角變化，而且自旋對成性和配位數(shù)也發(fā)生變化。馳豫〔relaxition〕：在一定的物理化學(xué)環(huán)境下，外表原子或分子尋求新的平衡位置，導(dǎo)致外表第一、二層原子〔分子〕距離改變，這種現(xiàn)象叫做馳豫。馳豫結(jié)果是第一、二層原子〔分子〕距離縮短、鍵角改變。理論上距離加但凡能給出質(zhì)子或者承受電子對的物質(zhì)稱為酸(B酸或L酸)2.但凡能承受質(zhì)子或者給出電子對的物質(zhì)稱為堿(B堿或L堿)酸堿催化劑的分類：固體酸：天然粘土物質(zhì)，天然沸石，金屬氧化物及硫化物，氧化物混合物，金屬鹽等；固體堿：堿金屬及堿土金屬分散于氧化硅、氧化鋁上，金屬氧化物，金屬鹽等液體酸：H2SO4,H3PO4,HCl水溶液，醋酸等液體堿：NaOH水溶液，KOH水溶液固體外表酸類型和鑒定NH3為探針分子鑒別NH3吸附在L酸中心時，是氮的孤對電子配位到L酸中心上形成的，其紅外光譜類似于金屬離于同NH3的配位絡(luò)合物，吸附峰在3300cm-1及1640cm-1處，；NH3吸附在B酸中心上，承受質(zhì)子形成NH4＋，吸收峰在3120cm-1，及1450cm-1處。NH3吸附在B酸中心上強度是L酸中心上強度的4倍。酸強度是指給出質(zhì)子的能力(B酸強度)或者承受電子對的能力(L酸強度)。酸強度表示酸與堿作用的強弱，是一個相對量。用堿性氣體從固體酸脫附的活化能、脫附溫度、堿性指示劑與固體酸作用的顏色等都可以表示酸的強度。通常用酸強度函數(shù)Ho表示固體酸強度，Ho也稱為Hammett函數(shù)。酸濃度的負對數(shù)值：－lg[H雜多化合物構(gòu)造：構(gòu)造的三個層次〔1〕第一層次：雜多陰離子〔2〕第二層次：雜多陰離子〔平衡陽離子、結(jié)晶水〕的三維排布的二級構(gòu)造〔3〕第三層次：二級構(gòu)造堆積成多孔物質(zhì)催化中重要的半導(dǎo)體是過渡金屬氧化物或硫化物。半導(dǎo)體分為三類：本征半導(dǎo)體、n-型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體。具有電子和空穴兩種載流子傳導(dǎo)的半導(dǎo)體，叫本征半導(dǎo)體。這類半導(dǎo)體對催化并不重要，因為化學(xué)變化過程的溫度，一般在300-700℃，缺乏以產(chǎn)生這種電子躍遷。依靠與金屬原子結(jié)合的電子導(dǎo)電，叫n-型〔NegativeType〕半導(dǎo)體?？烤Ц裰姓x子空穴傳遞而導(dǎo)電，叫p-型〔PositiveType〕半導(dǎo)體。絡(luò)合催化劑，是指催化劑在反響過程中對反響物起絡(luò)合作用，并且使之在配位空間進展催化的過程。催化劑可以是溶解狀態(tài)，也可以是固態(tài)；可以是普通化合物，也可以是絡(luò)合物，包括均相絡(luò)合催化和非均相絡(luò)合催化。絡(luò)合催化的一個重要特征，是在反響過程中催化劑活性中心與反響體系，始終保持著化學(xué)結(jié)合〔配位絡(luò)合〕。能夠通過在配位空間內(nèi)的空間效應(yīng)和電子因素以及其他因素對其過程、速率和產(chǎn)物分布等，起選擇性調(diào)變作用。故絡(luò)合催化又稱為配位催生物質(zhì)能：又稱為“綠色能源〞，它是指通過植物的光合作用，將太陽的輻射能量以生物質(zhì)能的形成固定下來，生物質(zhì)能來源于太陽能，是取之不盡的可再生能源。地球上的生物質(zhì)能種類繁多，木材、農(nóng)作物秸桿、動物排泄物、江湖沉積物、農(nóng)產(chǎn)品加工的有機廢料、垃圾中的有機物等。生物轉(zhuǎn)換技術(shù)：以自然或人工方法，將生物質(zhì)通過微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)換為液體或氣體燃料。我國農(nóng)村廣泛使用的“沼氣〞是以農(nóng)作物秸桿、動物排泄物、農(nóng)產(chǎn)品加工后的有機廢料通過甲烷細菌發(fā)酵后產(chǎn)生的以甲烷為主，含有二氧化碳、氮氣等的混合物。這是解決農(nóng)村能源的最有效的方法。按2004年的報道，我國農(nóng)村已有一千多萬戶使用沼氣，位居世界第一。離子交換法包括：利用離子交換作為其主要制備工序的催化劑制備方法利用離子交換的手段把活性組分以陽離子的形式交換吸附到載體上適用于低含量，高利用率的貴金屬催化劑適用于活性組分高分散，均勻分布大外表的負載型金屬催化劑載體，用來負載活性組分和助劑的物質(zhì)，由具有一定物理構(gòu)造，如孔構(gòu)造，比外表，宏觀外形，機械強度的固體物質(zhì)組成。增加有效外表、提供適宜的孔構(gòu)造改善催化劑的機械性能提高催化劑的熱穩(wěn)定性提供活性中性與活性組分作用形成新化合物增加催化劑的抗毒性能節(jié)省活性組分用量，降低本錢載體可以是天然物質(zhì)(如浮石、硅藻土、白土等)，也可以是人工合成物質(zhì)(如硅膠、活性氧化鋁等)朗格繆爾〔Langmuir〕吸附等溫方程氣體分子與外表空部位碰撞而發(fā)生定位吸附；②每個吸附中心只能容納一個吸附粒子，吸附是單分子層的；③外表吸附中心的吸附能相等，即吸附劑外表在能量上是均勻的；另外，發(fā)生吸附時與鄰近吸附粒子是否存在無關(guān)，即吸附分子間無相互作用；④在一定條件下，吸附與脫附之間達成動態(tài)平衡。載體選擇①具有足夠的機械強度與耐磨性能；②具有適宜的密度，滿足最正確工藝要求。固定床要求低密度催化劑，減少裝填量以節(jié)省本錢。流化床要求密度與氣速匹配，既保證流化，又防止過度跑損。③具有適宜的孔道、外表構(gòu)造及最正確孔徑分布，這對于分子篩催化劑尤其重要。④具有一定的粒徑與形狀。⑤具有足夠的熱穩(wěn)定性與適宜的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容與熱膨脹系數(shù)。應(yīng)注意載體對催化劑活性的影響，應(yīng)控制雜質(zhì)含量。需要載體提供一定酸性的雙功能催化劑，載體的化學(xué)性質(zhì)直接影響著催化劑的催化功能。⑦原材料來源廣泛、價格廉價、制備方便，質(zhì)量穩(wěn)定，在制備載體及催化劑時不會造成環(huán)境污染。B酸(Br?nsted酸)：但凡能夠給出質(zhì)子的物質(zhì)都酸，但凡能夠承受質(zhì)子的物質(zhì)都是堿，分別稱為B酸與B堿。但凡可以承受電子對的物質(zhì)稱為酸，但凡可以給出電子對的物質(zhì)稱為堿，分別稱為L酸與L堿。強度測定方法如下：①指示劑吸附顯色法：根據(jù)指示劑在不同pH值范圍內(nèi)變色的原理進展測定。②氣態(tài)堿性物質(zhì)脫附法：根據(jù)酸愈強，堿性物質(zhì)脫附愈難的原理進展測定③量熱法：根據(jù)與堿性物質(zhì)作用，酸愈強放熱量愈大的原理測定三大合成材料：合成樹脂與塑料、合成橡膠、合成纖維性(catalyticactivity)：在特定反響條件下，單位質(zhì)量〔或體積〕催化劑在單位時間內(nèi)所生成的產(chǎn)物質(zhì)量。單位：g產(chǎn)品/(g催化劑×h)或g產(chǎn)品/(ml催化劑×h)或t產(chǎn)品/(m3催化劑×d)比活性(specificactivity)：相對于催化劑某一特定性質(zhì)而言的活性。例如：每單位外表積的活性，每單位活性中心的活性等等。選擇性(S)：生成目的產(chǎn)物所消耗的原料量與反響過程中消耗的原料總量之比。耐熱穩(wěn)定性(thermalstability)：催化劑在高溫苛刻反響條件下，長期具有穩(wěn)定的催化性能。要求：良好導(dǎo)熱性能，較高熱容量；較寬適應(yīng)溫度?？苟痉€(wěn)定性(resistancetopoisoning)：催化劑對少量有害雜質(zhì)的毒化所具備的抵抗能力。不同催化劑對不同雜質(zhì)具有不同的抗毒穩(wěn)定性，同一種催化劑，對同一種雜質(zhì)在不同的反響條件下，也有不同的抗毒穩(wěn)定性?；钚越M分的流失(loseofactivecomponent)：催化劑的某個或某些活性組分，在長期使用過程中發(fā)生升華或化學(xué)反響，而逐漸流失。機械強度(mechanicalstrength)：催化劑顆粒抵抗磨擦、沖擊和本身的質(zhì)量負荷以及由于溫變、相變而產(chǎn)生應(yīng)力的能力。外表積〔specificsurfacearea〕Sg：單位質(zhì)量催化劑所具有的總外表積〔外外表加內(nèi)外表〕，m2×g-1。BET吸附法測定比孔容〔specificporevolume〕：Vg：單位質(zhì)量催化劑內(nèi)部所有孔道的總體積，ml×g-1孔隙率〔porosity〕ε：催化劑顆粒內(nèi)部所有孔道總體積占催化劑體積的百分?jǐn)?shù)。孔隙率愈高，說明催化劑顆粒內(nèi)孔道的容量愈大。催化劑中毒〔catalystpoisoning〕：催化劑在使用過程中，由于反響介質(zhì)中存在少量雜質(zhì)，或是由于催化劑在制備時夾雜有少量雜質(zhì)而引起的活性下降?；罨瞐ctivation〕：鈍態(tài)催化劑在使用之前，經(jīng)過處理，變?yōu)樗杌罨瘧B(tài)的過程。失活〔deactivation〕：催化劑使用過程中由于中毒、積碳〔carbondeposition〕、融熔〔Sintering)而失活。轉(zhuǎn)化數(shù)〔TurnoverNumber〕：單位活性中心在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)化的分子數(shù)。轉(zhuǎn)化數(shù)是溫度、壓力和反響物濃度的函數(shù)。轉(zhuǎn)化率〔X：conversionrate〕：反響物在給定的反響條件下轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品〔包括副產(chǎn)品〕的百分?jǐn)?shù)。產(chǎn)率(Yield)：反響產(chǎn)物量起始反響物總量的比值稱。