新材料催化技术及应用课件.ppt

新材料催化技术及应用
概述
固体酸催化剂
纳米材料催化剂
手性催化剂
生物催化剂
离子液体
无机有机复合材料
主要内容
一、概述
新催化材料是创造发明新催化剂和新工艺和原始技术创新的源泉;
X分子筛——发明分子筛裂化催化剂
非晶态合金——发明化纤、医药等有机合成中加氢催化剂
ZSM-5分子筛——发明MDDW、MLDW、M-2重整等
新催化材料已经成为解决当今世界能源、清洁生产和环境等重大课题的前提和核心技术。
催化材料能广泛应用的基本条件
不同的元素可以进入这类材料的晶格,而且每种元素的数量可在较大范围内变动;
这类材料的基本结构能在一定组成范围内存在,而且它的晶格缺陷(非化学计量)是稳定的;
晶格上的正离子须能移动以提供许多相应的活性中心;
要作为催化在各种反应中加以应用,这类材料必须在使用温度、氧分压等条件下稳定;
二、固体酸催化剂
固体酸催化剂的性质
固体酸的类型
利用固体酸催化的生产过程
传统酸催化剂和固体酸催化剂比较
发展方向
固体酸:一般来说,就是指能使指示剂变色的固体。严格地说,是指能给出质子(B酸)或能接受孤电子对(L酸)的固体。
催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位,称酸中心。它们多数为非过渡元素的氧化物或混合氧化物,其催化性能不同于含过渡元素的氧化物催化剂。这类催化剂广泛应用于离子型机理的催化反应,种类很多。
固体酸催化剂的性质
与固体酸的催化行为有重要关系的性质是酸中心、酸强度和酸度。
①表面上的酸中心可分为B-酸与L-酸,有时还同时存在碱中心。可用下式示意地表示氧化铝表面上的酸中心的生成:
②酸强度,可用哈梅特酸强度函数H0来表示固体酸的酸强度,其值愈小,表示酸强度越高。
③酸度,用单位重量或单位表面积上酸中心的数目或毫摩尔数来表示,又称酸度。
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固体酸的类型
序号
酸类型
实例
1
负载型
HF/Al2O3, BF3/Al2O3, H3PO4/硅藻土
2
氧化物
Al2O3, SiO2, B2O3,Al2O3- SiO2 ,ZrO2/ SiO2
3
硫化物
ZnS, CdS
4
金属盐
AlPO4, Fe2(SO4)3, Al2(SO4)3, CuSO4
5
分子筛
ZSM-5,MCM-41,X-分子筛,Y-分子筛,丝光沸石
6
杂多酸
H3PW12O40, H3PMo12O40
7
阳离子交换树脂
苯乙烯-二乙烯基苯共聚物
8
天然黏土矿
高岭土,蒙脱土,膨润土
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固体超强酸
SO42-/ ZrO2, WO3/ ZrO2, MoO3/ ZrO2
1、固载化液体酸
此类催化剂的优点是催化效率高,但反应后液体酸催化剂分离困难,副产物也比较多;将其固载后使用,一定程度上解决了催化剂的分离问题,但反应过程中活性组分会不断流失,催化剂使用寿命短。此外,严重的腐蚀问题也难以解决。
2 简单氧化物
一般意义上讲,简单氧化物酸的主要来源是表面羟基和暴露的金属离子,这分别相当于液体酸中的B酸和L酸。它们存在的范围,因简单氧化物本身的性质而不同,取决于该元素在元素周期表中所处的位置,即电负性。