第一章--绿色催化剂简介

绿色催化剂简介主讲：张德懿石油化工学院目录一、催化剂基本知识二、催化剂发展状况三、绿色催化剂的种类一、催化剂基本知识催化剂（Catalyst）作用降低反应活化能有选择地加快化学反应速率改变化学反应历程应用范围催化剂是化学工艺的基础，是许多化学反应实现工业应用的关键。目前大多数化工产品的生产，均采用了催化反应技术，据统计，约85%化学品是通过催化工艺生产的，新的化工过程有80%以上是依靠催化技术来完成的。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处理后可多次反复使用加入少量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。绿色化学工艺对催化剂提出的要求考察角度——环境友好和经济性环境友好要求催化剂自身应该是无毒的。催化剂构成材料应该是环境友好的，特别杜绝催化剂在高温下分解，产生有毒气体；催化剂所涉及的反应原料和反应产物应该是无毒的。原料无毒容易实现，但反应副产物产生不可避免，要求副产物无毒；催化反应的后序分离过程也无毒。如萃取操作萃取剂加入。经济性要求催化剂自身的制造成本低，应由非金属构成，催化剂制造工序简单；催化剂具有良好的操作特性。有好的稳定性和使用寿命。防止使用过程分解变性，增强其抗毒性；催化剂应有较好的活性及选择性。绿色催化剂定义绿色化学它对化学反应的要求是：①采用无毒、无害的原料；②在无毒无害及温和的条件下进行；③反应必须具有高效的选择性；④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称为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。金属催化剂氧化物催化剂液态催化剂有机金属催化剂选择性催化剂加氢精制催化剂分子筛催化剂大型合成氨催化剂系列高效络合催化剂固体催化剂的工业应用分子筛催化剂的工业应用环境保护催化剂的工业应用生物催化剂的工业应用中国催化剂工业的发展二、催化剂发展阶段萌芽时期（20世纪以前）奠基时期（20世纪初）大发展时期（20世纪30～60年代）规模扩大品种增加更新换代时期（20世纪70～80年代）萌芽时期（20世纪以前）催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制硫酸的工厂，1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术从事工业规模生产的开端。更新换代时期（20世纪70~80年代）在这一阶段，高效率的络合催化剂相继问世；为了节能而发展了低压作业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋多样化；出现了新型分子筛催化剂；开始大规模生产环境保护催化剂；生物催化剂受到重视。1、高效络合催化剂60年代，曾用钴络合物为催化剂生产。1970年左右孟山都公司开发了低压法甲醇羰基化过程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有的钴络合物催化剂比较，具有很高的正构醛选择性，而且操作压力低。2、分子筛催化剂的工业应用70年代初期，出现了用于二甲苯异构化的分子筛催化剂，代替以往的铂/氧化铝；开发了甲苯歧化用的丝光沸石(M-分子筛)催化剂。70年代末期开发了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子筛催化剂，取代以往的三氯化铝。80年代初，开发了从甲醇合成汽油的ZSM-5分子筛催化剂。在开发资源、发展碳一化学中，分子筛催化剂将有重要作用。3、环境保护催化剂的工业应用1975年美国杜邦公司生产汽车排气净化催化剂，采用的是铂催化剂，铂用量巨大，1979年占美国用铂总量的57％，达23.33t。目前，环保催化剂与化工催化剂（包括合成材料、有机合成和合成氨等生产过程中用的催化剂）和石油炼制催化剂并列为催化剂工业中的三大领域。