工业催化复习

12级化学工程与工艺专业工业催化课程复习重要知识点：1.助催化剂是催化剂的辅助成分，按作用机理可分为结构型、电子型两类。2.工业催化剂的活性变化一般可分为三个阶段，即成熟期、稳定期、衰老期。3.外扩散速率的大小及其施加的影响，与液体的流速、催化剂颗粒粒径以及传递介质的密度、黏度有关。4.研究金属化学键的理论方法有三种，能带理论、价键理论、配位场理论。5.金属氧化物主要催化烃类的选择性氧化。其特点是：反应系放热的，有效的传热、传质十分重要，要考虑催化剂的飞温；有反应爆炸区存在，故在条件上有所谓燃料过剩型、空气过剩型两种。6.金属硫化物与金属氧化物有许多相似之处，它们大多数都是半导体类型的，具有氧化还原功能和酸碱功能。作为催化剂可以是单组分形式或复合硫化物形式。这类催化剂主要用于加氢精制过程。7.负载型可溶性络合物催化剂，系利用可溶性高分子为载体，可催化1-戊烯加氢反应。在应用时可利用其与生成物分子量之差，采用沉淀法、蒸气压法、薄膜过滤法等进行分离。8.络合催化剂固载化技术的三种主要方式为：包藏在载体内部、分散在载体（基质）的表面、锚定在载体（基质）的表面。9.生物催化剂是指生物反应过程中起催化作用的游离或固定化细胞和游离或固定化酶的总称。10.离子交换法制得的催化剂分散度好、活性高，尤其适用于制备低含量、高利用率的贵金属催化剂。11.结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的分散性和热稳定性。12.评价催化剂不能单用时空产率作为活性指标，要同时测定催化剂的总表面积、活性表面积、孔径与孔径分布等。13.外扩散速率的大小及其施加的影响，实际上仅根据气流线速和粒径就可以作出判断。14.几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。15.金属复合膜催化剂的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、电镀和化学镀等。16.常用的硫化剂为硫化氢和二硫化碳。17.双核络合物是指两个金属原子直接由金属-金属键连接或通过桥原子相连接的表面化合物。18.汽车尾气净化采用的三效催化剂的构成主要由载体涂层和活性组分所组成。19.不同物质抑制酶活性的机理可以分为失活作用、抑制作用、去激活作用。20.对选择性氧化等连串型催化反应，降低内扩散的阻力是至关重要的，中间物的传递与扩散是导致选择性变化的重要因素。21.目前在对固体超强碱催化剂的研究中，氧化物超强碱多侧重于增大表面积的方面，而分子筛超强碱多侧重于提高其碱度方面。22.分子筛催化剂的择形催化共有下列反应物的择形催化、产物的择形催化、过渡状态限制的择形催化、分子交通控制的择形催化等不同形式。23.MAO（甲基铝氧烷）是活化茂金属催化剂最有效的助催化剂，其结构为一种聚合度为n的低聚物，n一般为5~30，随合成条件变化。24.工业上固体催化剂活性的表达方式有给定温度下完成原料的转化率、完成给定的转化率所需的温度、完成给定的转化率所需空速、给定条件下目的产物的时空收率。25.工业催化剂选择的考虑顺序为选择性寿命活性价格。26.晶胞的代表性体现在以下两个方面：一是代表晶体的化学组成；二是代表晶体的对称性。27.多相催化包括五个连续的步骤。(1)反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩散；(2)反应物分子在催化剂表面上吸附；(3)被吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作用或与气相分子作用进行化学反应；(4)反应产物自催化剂表面脱附；(5)反应产物离开催化剂表面向催化剂周围的介质扩散。有属于传质过程，也有的属于化学动力学过程。28.金属的d％愈大，成键轨道中占用原来的d轨道多，就有可能使d空穴减少。29.天然气水蒸气重整是获得大量廉价氢的主要途径。重整气要求氢含量高，对CO的限制非常严格。因为燃料电池电极多是铂，很容易受CO毒化，失去催化活性，一般要求H2含量达90％以上，CO含量不超过2％。30.沉淀法制催化剂有哪些后处理工序31.反应物分子的电离势(I)和催化剂材料电子的逸出功(Φ)的相对大小，紧密关联着反应物分子在催化剂表面的吸附态与化学键合情况。32.膜与催化剂一般有4种组合形式：A)膜与催化剂两者分开在不同的工段；B)催化剂装在膜反应器中;C)膜材料本身具有催化作用;D)膜是催化剂载体。33.金属的特性会因为掺入其它金属形成合金而改变，它们对化学吸附的强度、催化活性和选择性等效应，都会改变。34.复合氧化物催化剂给出氧的能力，是衡量它是否能进行选择性氧化的关键35.金属硫化物催化剂与氧化物催化剂类似，也有单组分和复合体系。主要用于重油的加氢精制，加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）、加氢脱金属（HDM）等过程。36.纳米催化剂的制备方法答：制备纳米催化剂的常用方法有（1）溶胶-凝胶法；（2）沉淀法；（3）浸渍法；（4）微波合成法；（5）微乳液法；（6）离子交换法；（7）水解法；（8）等离子体法；（9）惰性气体蒸发法37.催化剂活性组分与载体之间的溢流现象及其意义34答：溢流现象：是指固体催化剂表面的活性中心经吸附产生出一种离子的或自由基的活性物中，它们迁移到其他活性中心上的现象。意义：溢流现象的发现和研究，增强了对负载型多相催化剂和催化反应过程的了解。38.d带空穴与催化剂活性80答：一种金属的d带空穴越多，表明其d能带中未被d电子占用的轨道或空轨越多，磁化率越大；但也不是d带空穴越多其催化活性就越大，因为过多可能造成吸附太强，不利于催化反应。39.均相络合催化剂的固载方式111答：（1）络合物包藏在载体内；（2）络合物固载在载体表面40.生物催化反应的主要特征155答：（1）催化效率极高：传统化工催化剂用量0.1-1%，酶用量10-4-10-3%（2）选择性极高（相对/绝对专一性）：一种酶只能催化一种底物，（绝对专一性）；一种酶能催化一类结构相似的底物，（相对专一性）（3）催化条件极温和，常温、常压、PH=5-8（通常在7）41.催化剂失活的原因及使活性再生的方法231答：失活原因：（1）中毒；（2）积炭；（3）烧结、挥发与剥落再生方法：（1）蒸汽处理；（2）空气处理；（3）通入氢气或不含毒物的还原性气体；（4）用酸或碱溶液处理42.酸性质与催化作用关系57答：（1）大多数酸催化反应是在B酸位上进行的；（2）有些反应需L酸位(3)有些反应需要强B酸作用下才能发生；（4）有些反应要求L酸位和B酸位在催化剂表面邻近处共存时才进行。43.非晶态合金催化剂制备方法86答：（1）液体骤冷法；（2）化学还原法；（3）电化学制备法；（4）浸渍法44.纳米催化剂的特点答：（1）纳米催化剂具有独特的晶体结构及表面特性；（2）纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；（3）纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。45.催化剂作用的定义28答：催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化，这种作用称为催化作用46.载体的功能答：、（1）提供有效的表面和合适的孔结构；(2)增强催化剂的机械强度；(3)改善催化剂的热稳定性；（4）减少活性组分的含量；（5）提供附加的活性中心；（6）与活性组分之间的溢流现象和强相互作用。47.工业催化剂的要求答：（1）活性高；（2）选择性好（3）在使用条件下稳定；（4）具有良好的热稳定性、机械稳定性和抗毒性能（5）价格低廉48.络合催化102答：是指催化剂在反应过程中对反应物起络合作用，并且使之在配位空间进行催化的过程。催化剂可以是溶解状态，也可以是固态；可以是普通化合物，也可以是络合物，包括均相络合催化和非均相络合催化。49.为什么要进行催化剂的宏观物性测定？如何测定？253答：催化剂的宏观物性是指由组成各粒子工粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构成的表面积、孔体积、孔形状及孔大小分布的特点，以及与此有关的传递特性及机械强度等。这些性质不仅对降低催化剂装运过程中的损耗，满足各类反应器操作中流体力学因素的要求十分重要，而且直接影响催化反应的动力学过程。测定方法：（1）表面积的测定方法有：吸附法（物理吸附、化学吸附）（2）孔结构测定方法：气体吸附法、压汞法（3）机械强度的测定方法：单颗粒压碎试验法、堆积压碎法（4）磨损强度的测定方法：研磨法50.试举两例利用分子筛的离子交换特性制备催化剂的方法和说明答：利用分子筛的离子交换特性①制备高分散的负载型金属催化剂：将金属离子直接交换到分子筛上，再将交换上去的金属离子还原为金属。这比用一般浸渍法所得的分散度要高得多。②制备性能优良的双功能催化剂：如，将Ni2+，Pt2+，Pd2+等交换到分子筛上并还原成为金属。这些金属将处于高度分散状态，可制备双功能催化剂。51.催化剂设计要点答：催化剂设计：根据合理的程序和方法有效地利用未系统化的法则、知识和经验，在时间上和经济上最有效的开发和制备新催化剂1）要进行热力学分析，指明反应的可行性，最大平衡产率和所要求的最佳反应条件，催化剂的经济性和催化反应的经济性，环境保护等；2）分析催化剂设计参数的四要素：活性、选择性、稳定性/寿命、再生性；3）催化反应过程与催化剂化学性质有关；而传质传热则与物理性质有关，要兼而顾之52.简述三效催化剂的组成及其催化原理。答：三效催化剂的组成：载体，涂层，活性组分动态污染源中三效催化剂对NOx的转化很困难。但在静态污染源，对NOx的选择性还原SCR确实很成功！SCRNOx催化分解——选择性催化还原法（SCR法）效率达99%还原剂——NH3反应6NO+4NH3——5N2+6H2O6NO2+8NH3——7N2+12H2ONH3一般不与O2反应，但NOx完全还原后便可反应4NH3+5O2——4NO+6H2O4NH3+3O2——2N2+6H2O2NH3+2O2——N2O+3H2O53.催化过程满足的4R原则是什么？答：Reduction（减少）、reuse（再用）、recycling（再循环）、recovery（再回收）54.简述E因子和原子经济的定义。答：生产每千克产物所形成的废弃物量来衡量化工过程的“绿色特征”。此量表示为化工过程的E因子。E因子＝千克废弃物／千克产物原子经济性＝被利用原子的质量／反应中全部反应物分子的质量（％）原子经济性是从原子水平上看化学反应，产率或收率是从传统宏观量上看反应。从绿色化学观点看，反应的原子经济性为100％就具有本质的合成精度而无副产废弃物。55.简述TiO2作为光催化剂的催化原理。答：TiO2催化原理—吸收光子能量后，价带上电子跃迁到导带上，原价带形成正空穴。跃迁电子和正空穴极不稳定，极易使周围物质氧化或还原。（紫外光照射）每个TiO2粒子都是小型化学电池，表面有许多阳、阴极将电子、空穴传递给吸附于表面的分子、离子进行氧化还原反应。阳极——传递空穴产生O2分子或羟基自由基（具有强氧化能力）阴极——传递电子产生H2O2和超氧56.采用什么方法可以获得大量廉价的氢气？氢气如何贮存？金属氢化物是如何贮氢的？答：①生产--廉价电解水制氢②贮存——高压存储、液化存储（即危险又不经济——弃用）高容量金属氢化物材料（储氢材料）、纳米石墨纤维、特种活性炭、有机氢化物③金属氢化物贮氢方式：（1）以燃料形式贮存——易于输送及使用（2）以电化学能的形式贮存——利用阴极金属的电化学作用使其变成金属氢化物，再利用逆过程释放氢（3）以热能形式贮存——太阳能等可以提供金属氢化物分解所需要的能量57.燃料电池有哪些种类？简述燃料电池的工作原理。答：①一类是直接甲醇燃料电池（DMFC），另一种分类是根据电池的操作温度区分，有低温FC和高温FC。低温FC包括碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）和磷酸FC（PAFC）；高温FC有熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）②原理：燃料极——为负极（阳极，贵金属）表面发生氧化反应，生成正离子进入电池回路。氧化剂极——为正极（Pt、Al、石墨等）表面发生还原反应，生成负离子，从电池内回路流向阳极22222222222442Oe