绿色化学绿色催化剂省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、Company Logo绿色催化剂与催化化学绿色催化剂与催化化学v催化剂催化剂v定义定义v能改变反应速率,而本身组成、质量和化学性质在反应前后均不能改变反应速率,而本身组成、质量和化学性质在反应前后均不发生改变物质叫做催化剂发生改变物质叫做催化剂v加紧反应为正催化剂,减慢反应为负催化剂加紧反应为正催化剂,减慢反应为负催化剂v特点特点v催化剂只能实现热力学上能够发生反应催化剂只能实现热力学上能够发生反应v催化剂只能缩短或延长抵达平衡时间,而不能改变转化率催化剂只能缩短或延长抵达平衡时间,而不能改变转化率v催化剂含有选择性催化剂含有选择性v催化剂是第一步反应物,最终一步产物,即经过一次化学循环后催
2、化剂是第一步反应物,最终一步产物,即经过一次化学循环后又恢复到原来组成又恢复到原来组成第1页Company Logo催化技术发展目标催化技术发展目标v前催化技前催化技术发术发展目展目标标v应应用催化燃用催化燃烧烧技技术术于无于无污污染染电电能生能生产产v实现实现酶酶促促进进石油石油馏馏分脱硫、脱氮和脱金属催化技分脱硫、脱氮和脱金属催化技术术v普遍普遍应应用手性催化作用生用手性催化作用生产产生物活性分子生物活性分子v快速突破燃料快速突破燃料电电池技池技术术v用安全固体酸替用安全固体酸替换换HF和硫酸催化技和硫酸催化技术术第2页Company Logo催化技术发展目标催化技术发展目标v前催化技前催
3、化技术发术发展目展目标标v化学催化和生物催化相化学催化和生物催化相结结合生合生产产精精细细化学品和医化学品和医药药品、品、催化膜反催化膜反应应器广泛工器广泛工业规业规模模应应用用v直接直接应应用用烷烃烷烃官能化作用于工官能化作用于工业业生生产产vCO2应应用于化学品生用于化学品生产产v分子分子标识标识技技术应术应用于普通和高用于普通和高选择选择性催化性催化剂剂制制备备第3页Company Logo催化技术发展目标催化技术发展目标v2040年前催化技术发展目标年前催化技术发展目标v光催化作用普遍应用氢和化学品生产光催化作用普遍应用氢和化学品生产v小分子催化剂用作化学治疗剂小分子催化剂用作化学治疗
4、剂v经过微生物和植物工程路径生产化学品和材料经过微生物和植物工程路径生产化学品和材料v无机高聚物取代金属和合金无机高聚物取代金属和合金v合成酶催化剂应用于工业生产合成酶催化剂应用于工业生产第4页Company Logo绿色催化剂选择标准绿色催化剂选择标准v选择性选择性 对反应类型、反应方向和产物结构所含有选择对反应类型、反应方向和产物结构所含有选择性。即特殊性、专用性和非通用性,确保目标产物高转性。即特殊性、专用性和非通用性,确保目标产物高转化率、副产物低转化率化率、副产物低转化率v如乙醇在三氧化二铝催化作用下生成乙烯,在氧化锌作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用下
5、生成乙醛v活性活性 即加紧反应速度即加紧反应速度第5页Company Logo绿色催化剂选择研究开发绿色催化剂选择研究开发v主催化剂选择主催化剂选择v从选择性激活性样原来判断从选择性激活性样原来判断v从选择性吸附机理和吸附热推断从选择性吸附机理和吸附热推断v从几何对应性判断从几何对应性判断v从电子总效应推断从电子总效应推断v助催化剂选择助催化剂选择 本身并无催化反应活性,但可显著促进主催化剂本身并无催化反应活性,但可显著促进主催化剂选择性、活性提升选择性、活性提升v调变性助催化剂调变性助催化剂v结构性助催化剂结构性助催化剂v载体选择载体选择 考虑载体对主催化剂、助催化剂选择性、活性影响,考虑载
6、体对主催化剂、助催化剂选择性、活性影响,还要考虑载体本身毒害性、可降解性和可再生性还要考虑载体本身毒害性、可降解性和可再生性第6页Company Logo绿色催化剂种类绿色催化剂种类v固体酸催化剂固体酸催化剂v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含烯烃水合、芳烃烷基化、酸醇酯化等石油化工在内一系列主包含烯烃水合、芳烃烷基化、酸醇酯化等石油化工在内一系列主要工业基础要工业基础v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含有确
7、定酸强度、酸度和酸型,在剂,其主要原因是这些催化剂含有确定酸强度、酸度和酸型,在常温、低温下有相当高催化活性常温、低温下有相当高催化活性v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v把液体酸固定在载体上能够在一定程度上缓解或处理均相反应带把液体酸固定在载体上能够在一定程度上缓解或处理均相反应带来问题,而且能够在高达来问题,而且能够在高达430-520度范围内使用度范围内使用第7页Company Logo开发固体强酸
8、催化剂路径开发固体强酸催化剂路径v在分子中引入吸电子物质:卤酸比普通酸含有更强酸性在分子中引入吸电子物质:卤酸比普通酸含有更强酸性就是因为分子中引入卤离子关系,假如引入斥电子基团就是因为分子中引入卤离子关系,假如引入斥电子基团如烃基将降低酸性如烃基将降低酸性v在在B酸(质子酸(质子H+)中添加电子受体()中添加电子受体(L酸)酸)CH3COOH+BF3 CH3COO-+H+BF3v选择适当氧化物制成高酸强度双氧化物选择适当氧化物制成高酸强度双氧化物第8页Company Logo固体强酸催化剂种类固体强酸催化剂种类v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一类超强酸HF-SbF3
9、-AlF3/固体多孔材料/SbF3-Pt/石墨,SbF3-Hf/F-A1203,Sb F3-FS03H/石墨v混合无机盐类:AlCl3-CaCl2,AlCl3-Ti2(SO4)3v氟代磺酸离子交换树脂(Nafion-H)v硫酸根离子酸性金属氧化物:S042-/ZrO2,S042-/Ti02,S042-/Fe203等。v负载金属氧化物固体超强酸:如:W03/Zn02v固体超强酸其酸度高于100%硫酸103-104倍,易于制备和保留,不腐蚀反应器,在500时仍含有催化活性,且能重复使用。其中以(2)(4)(5)三种不含卤原子,不污染环境,可作优良质子催化剂第9页Company Logo固体强酸催化
10、剂应用固体强酸催化剂应用v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,因为是固相催化剂,故反应物和催化剂易于分离,催化剂可重复使用,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。v烃类异构化反应v汽油 抗 爆性用辛烷值表示,直链烃异构化是生产高辛烷值汽油主要伎俩。用SbF3-A1203作催化剂进行丁烷、戊烷异构化反应,条件为温室,选择率达80%-90%v烷基化反应v工 业 上 常经过芳烃烷基化、烯烃烷基化及烷烃烷基化反应来生产高辛烷值汽油,固体超强酸作催化剂可使反应在常温下进行第10页Company Logo分子筛催化剂分子筛催化剂v分子 筛:是含有均一
11、微孔结构而能将不一样大小分子分离或选择性反应固体吸附剂或催化剂。是一个结晶型硅铝酸盐,有天然和合成两种,其组成Si02与Al203之比不一样v分子 筛 催 化剂,又称沸石分子筛催化剂,系指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一催化剂v分子筛含有离子交换性能、均一分子大小孔道、酸催化活性,并有良好热稳定性和水热稳定性,可制成对许多反应有高活性、高选择性催化剂。第11页Company Logo分子筛催化剂应用分子筛催化剂应用v烷基芳烃酰化反应用盐酸和卤化物(AlC13,TiCl4,FeCl3等)、硫酸、氢氟酸作催化剂,这些液体酸对设备腐蚀严重,在反应后分离困难且排出大量含酸废水v分子筛催化剂本
12、身无毒、无害,因为是多相催化工艺,反应后有产品分离轻易,选择性好、催化活性高,可大大提升生产效率,降低设备投资成本,降低原材料消耗,从而提升产量和质量,而且废催化剂对环境是友好,不会产生污染第12页Company Logo杂多酸催化剂杂多酸催化剂v杂多 酸 是 一类由中心原子(俗称杂原子)和配位原子(多原子)按一定空间结构、借助氧原子桥联成含氧多元酸。是强度均匀质子酸,并有氧化还原能力,经过改变组成,可调整酸强度和氧化还原性能。水分存在时形成拟液相也能影响其酸性和氧化还原能力。v杂多酸有固体和液体两种形态,很强布朗斯特酸(B酸),时含有B酸中心和路易斯(L)酸中心第13页Company Log
13、o杂多酸催化剂特点杂多酸催化剂特点v作为酸催化剂,其活性中心既存在于“表相”,也存在于“体相”。杂多酸有类似于浓液“拟液相”,这种特征使其含有很高催化活性,既能够表面发生催化反应,也能够在液相中发生催化反应,杂多酸既是氧化催化剂,还是光电催化剂v十二钨磷酸,用于催化丙烯水合制异丙醇,转化率中等,选择性很高,是成功应用典范v杂多酸在石油化工中作为烷基化、酞基化、异构化、醋化、水合、脱水及氧化等很多反应催化剂第14页Company Logo光催化剂光催化剂v借助光激发而进行催化反应催化剂vZnO-CuO-H202,在紫外光作用下,可对染料废水进行催化脱色,脱色率近100%vTi O2光催化剂光解二
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