绿色化学之催化剂课件.ppt

第一章 催化剂发展历程
第二章 催化剂
第三章 绿色催化剂
萌芽时期（20世纪以前）
奠基时期（20世纪初）
金属催化剂
氧化物催化剂
液态催化剂
大发展时期（20世纪30～60年代） 规模扩大品种增加
有机金地合理利用资源，最低限度地产生环境污染和最大限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是：采用无毒、无害的原料；在无毒无害及温和的条件下进行；反应必须具有高效的选择性；产品应是环境友好的。这四点要求之中有两点涉及到催化剂，人们将这类催化反应成为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。
固体酸催化剂
酸催化工艺在化学生产过程中占有重要地位。传统催化剂重要是硫酸、磷酸、氢氟酸及无水三氯化铝等，他们腐蚀性强，后处理复杂，污染严重，不能满足环保的要求。这就迫切需求研究固体酸取代他们。
目前研究较多的固体酸有如下几种：
沸石分子筛
杂多酸催化剂
超强酸
离子交换树脂
沸石分子筛
概念
沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。
分类：
按硅铝比分：分为低硅（A型）、中硅（X、Y型）、高硅（ZSM-5型）和全硅型（Silicalite）。
按孔道大小划分，孔道尺寸小于2 nm、2~50 nm和大于50 nm的分子筛分别称为微孔、介孔和大孔分子筛
按骨架元素组成可分为硅铝类分子筛、磷铝类分子筛和骨架杂原子分子筛
结构图
结构图
3A分子筛
13X分子筛
分子筛共同特征
只吸附分子直径小且能通过均匀细孔的物质
优先吸附H2OH2SNH3等极性物质，吸湿性好
对不饱和度高的物质，有选择性吸附
当被吸收物质的浓度（分压）很低时，仍显示足够大的吸附能力
通过阳离子交换，可以改善分子筛的性能
它具有形状选择性，简称选择性，使之成为沸石分子筛的催化活性和选择性的控制因素。安慰标新对反应物。产物及过渡态的选择性。
分子筛的合成
有水热合成、水热转化和离子交换等法①　水热合成法　用于制取纯度较高的产品，以及合成自然界中不存在的分子筛。将含硅化合物（水 分子筛
玻璃、硅溶胶等）、含铝化合物（水合氧化铝、铝盐等）、碱（氢氧化钠、氢氧化钾等）和水按适当比例混合，在热压釜中加热一定时间，即析出分子筛晶体。合成过程可用下式表示： 　　工业生产流程中一般先合成Na-分子筛，如13X型与10X型分子筛的合成（见图）。在水热合成过程中添加某些添加剂可以改变最终产品的结构,如加入季胺盐可得到ZSM-5型分子筛。 　　②　水热转化法　在过量碱存在时，使固态铝硅酸盐水热转化成分子筛。所用原料有高岭土、膨润土、硅藻土等，也可用合成的硅铝凝胶颗粒。此法成本低，但产品纯度不及水热合成法。 　　③　离子交换法　通常在水溶液中将Na－分子筛转变为含有所需阳离子的分子筛，通式如下： 　　式中 Z-表示阴离子骨架，Me+表示需交换的阳离子，例如NH嬃、Ca2+、Mg2+、Zn2+等,原料通常为 中空玻璃分子筛
氯化物、硫酸盐、硝酸盐。溶液中不同性质的阳离子交换到分子筛上的难易程度不同，称为分子筛对阳离子的选择顺序，例如：13X型分子筛的选择顺序为Ag+、Cu2+、H+、Ba2+、Au3+、Th4+、Sr2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+、Ca2+、Co2+、NH嬃、K+、Au2+、Na+、Mg2+、Li+。常用下列参数表示交换结果：交换度，即交换下来的Na+量占分子筛中原有Na+量的百分数；交换容量,为每100克分子筛中交换的阳离子毫克当量数；交换效率，表示溶液中阳离子交换到分子筛上的质量百分数。为了制取合适的分子筛催化剂，有时尚需将交换所得产物与其他组分调配，这些组分可能是其他催化活性组分、助催化剂、稀释剂或粘合剂等，调配好的物料经成型即可进行催化剂的活化。