绿色化学——第五章_绿色催化剂 PPT课件.ppt

绿色催化剂与催化化学
催化剂
定义
能改变反应速率,而本身的组成、质量和化学性质在反应前后均不发生变化的物质叫做催化剂
加快反应的为正催化剂,减慢反应的为负催化剂
特点
催化剂只能实现热力学上可以发生的反应
催化剂只能缩短或延长到达平衡的时间,而不能改变转化率
催化剂具有选择性
催化剂是第一步的反应物,最后一步的产物,即经过一次化学循环后又恢复到原来的组成
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催化技术发展目标
2000年前催化技术发展目标
应用催化燃烧技术于无污染电能的生产
实现酶促进的石油馏分脱硫、脱氮和脱金属催化技术
普遍应用手性催化作用生产生物活性分子
迅速突破燃料电池技术
用安全的固体酸替代HF和硫酸催化技术
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催化技术发展目标
2010年前催化技术发展目标
化学催化和生物催化相结合生产精细化学品和医药品、催化膜反应器广泛工业规模应用
直接应用烷烃官能化作用于工业生产
CO2应用于化学品生产
分子标记技术应用于普通和高选择性催化剂的制备
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催化技术发展目标
2040年前催化技术发展目标
光催化作用普遍应用氢和化学品的生产
小分子催化剂用作化学治疗剂
通过微生物和植物工程途径生产化学品和材料
无机高聚物取代金属和合金
合成酶催化剂应用于工业生产
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绿色催化剂选择原则
选择性对反应类型、反应方向和产物结构所具有的选择性。即特殊性、专用性和非通用性,保证目标产物的高转化率、副产物的低转化率
如乙醇在三氧化二铝催化作用下生成乙烯,在氧化锌作用下生成乙醛
活性即加快反应速度
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绿色催化剂选择的研究开发
主催化剂的选择
从选择性的激活性样本来判断
从选择性的吸附机理和吸附热推断
从几何对应性判断
从电子总效应推断
助催化剂的选择本身并无催化反应活性,但可明显促进主催化剂选择性、活性的提高
调变性助催化剂
结构性助催化剂
载体的选择考虑载体对主催化剂、助催化剂选择性、活性的影响,还要考虑载体自身的毒害性、可降解性和可再生性
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绿色催化剂种类
固体酸催化剂
酸催化反应和酸催化剂是烃类裂解、重整、异构等石油炼制以及包括烯烃水合、芳烃烷基化、酸醇酯化等石油化工在内的一系列重要工业基础
酸催化反应最早使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝、磷酸等作为催化剂,其主要原因是这些催化剂具有确定的酸强度、酸度和酸型,在常温、低温下有相当高的催化活性
酸催化反应均是在均相条件下进行,与多相反应相比,在工艺上难以实现连续生产,催化剂不易与原料和产物分离,易腐蚀设备
把液体酸固定在载体上可以在一定程度上缓解或解决均相反应带来的问题,而且可以在高达430-520度范围内使用
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开发固体强酸催化剂的途径
在分子中引入吸电子物质:卤酸比一般的酸具有更强的酸性就是因为分子中引入卤离子的关系,如果引入斥电子基团如烃基将减少酸性
在B酸(质子H+)中添加电子受体(L酸)
CH3COOH+BF3 CH3COO- +H+
BF3
选择合适的氧化物制成高酸强度的双氧化物
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固体强酸催化剂种类
负载型固体超强酸:以金属氧化物作载体将液体超强酸负载起来的一类超强酸HF-SbF3-AlF3/固体多孔材料/SbF3-Pt/石墨,SbF3-Hf/F-A1203,Sb F3-FS03H/石墨
混合无机盐类:AlCl3-CaCl2,AlCl3-Ti2(SO4)3
氟代磺酸离子交换树脂(Nafion-H)
硫酸根离子酸性金属氧化物:S042- /ZrO2, S042-/Ti02,S042-/Fe203等。
负载金属氧化物的固体超强酸:如:W03/Zn02
固体超强酸其酸度高于100%硫酸的103-104倍,易于制备和保存,不腐蚀反应器,在500℃时仍具有催化活性,且能反复使用。其中以(2)(4)(5)三种不含卤原子,不污染环境,可作优良的质子催化剂
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固体强酸催化剂应用
以固体超强酸作催化剂主要应用于石油炼制及有机合成工业,由于是固相催化剂,故反应物和催化剂易于分离,催化剂可反复使用,不腐蚀反应器,催化剂选择性高,反应条件温和,原料利用率高,“三废”少。
烃类异构化反应
汽油的抗爆性用辛烷值表示,直链烃异构化是生产高辛烷值汽油的重要手段。用SbF3-A1203作催化剂进行丁烷、戊烷的异构化反应,条件为温室,选择率达80%-90%
烷基化反应
工业上常通过芳烃烷基化、烯烃烷基化及烷烃烷基化反应来生产高辛烷值的汽油,固体超强酸作催化剂可使反应在常温下进行
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