C04：催化材料

目录简介、分类、特点制备、性能、应用催化材料概述催化材料与环保发展趋势生物催化材料纳米催化材料分子筛非晶态合金学习收获我国石油炼制、基本有机化工原料和塑料化纤橡胶合成材料生产、环境保护以及医药、农药、表面活性剂等精细化学品合成中的核心技术将在根治环境污染、开发环境友好化工技术中发挥关键作用催化技术简介从长远来看,利用可再生资源生产石化产品正方兴未艾,生物催化是其中的关键。催化材料简介核心问题催化材料发展迅速催化技术催化剂灵魂催化材料的发展历程萌芽时期20世纪以前奠基时期20世纪初19世纪，催化剂工业的产品品种少，都采用手工作坊的生产方式。由于催化剂在化工生产中的重要作用，自工业催化剂问世以来，其制造方法就被视为秘密。金属催化剂氧化物催化剂液态催化剂催化材料的发展历程大发展时期更新换代时期20世纪30～60年代工业催化剂生产规模扩大工业催化剂品种的增加有机金属催化剂的生产选择性氧化用混合催化剂的发展加氢精制催化剂的改进分子筛催化剂的崛起大型合成氨催化剂系列的形成20世纪70～80年代催化材料的发展历程高效络合催化剂的出现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更新换代时期催化材料的类型传统催化材料金属多金属簇、合金氧化物硫化物、酸碱、其他化合物其他形态催化材料的类型层柱粘土催化材料非晶态合金负载杂多酸分子筛催化材料纳米催化材料新型催化材料生物催化材料…………非晶态合金非晶态合金——简介非晶体晶体非晶态合金也称无定形合金或金属玻璃，最早是指熔化体金属经快速淬冷而得到的金属合金。非晶态合金——简介非晶态合金其微观结构不同于晶态金属，具有短程有序、长程无序的特点，在热力学上处于不稳或亚稳状态。非晶态合金——形态非晶态合金化学沉积法制备的超细非晶态合金粒子化学还原浸渍法制备的负载型非晶态合金淬冷法制备的非晶态合金，通常呈粉状非晶态合金——制备方法非晶态合金的制备方法液体急冷法电化学法电火花加工法化学还原法非晶态合金——制备方法液体急冷法非晶态合金超急冷技术将液态金属以1X106℃/s冷却速度直接冷却形成厚度0.02-0.04mm的固体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶合金组织非晶态合金——应用特点1234可以在很宽的范围内调变其组成，从而调变它们的电子结构，由此获得合适的催化活性中心具有各向同性，不存在晶态合金中存在的晶界、堆垛层错和偏析等缺陷，催化活性中心可以以单一的形式均匀地分布在化学均匀的环境中表面具有浓度较高的不饱和中心，其表面能较高，因而使其催化活性和选择性一般要优于相应的晶态催化剂传统的多相催化中存在的扩散限制的问题不再影响表面反应分子筛分子筛——简介分子筛是一种结晶型硅铝酸盐，它由Si04或A104四面体连接成的三维骨架所构成(AI或Si原子位于每一个四面体的中心)，具有小而均匀的孔结构，其最小孔道直径为0.3～1.0nm。分子筛——特点1具有很大的比表面积和孔体积2具有离子可交换性3硅氧和铝氧四面体共享桥氧原子为基本骨架单元，组成短程有序和长程有序的晶体结构4具有均匀的孔径，对分子具有良好的筛分效应(M2+，M+)(O·Al2O3·xSiO2·yH2O)分子筛——分类分子筛M41S系列中孔分子筛KIT—1分子筛微孔晶体材料孔道排列规整，骨架原子有序性孔道排列规整，骨架原子无序性孔道排列不规整，骨架原子无序性分子筛——制备方法水热晶化法非水体系合成法极浓体系合成法干粉法较新颖的蒸汽法分子筛的制备方法微波诱导法磁场诱导法乳液相技术1在形成无机物骨架过程中作为空间填隙物，生成一定的孔结构和骨架满足与无机物骨架之间的电荷匹配，即电荷匹配原理2具有自组装能力，起结构导向作用3分子筛——模板剂膜板剂除了在凝胶化或成核过程中作为中心结构单元外，还通过有机一无机物之间的相互作用，形成分子筛结构分子筛——制备方法棒状自组装模型机理电荷匹配机理液晶模板机理分子筛——模板剂有机物小分子表面活性剂有机金属化合物特种模板剂模板剂CnH2n（CH3）3NBr分子筛——特点高选择性强酸性表面规整性石化工业中的催化材料分子筛——实际应用具有特殊的择形催化性能,在石油化工领域得到了广泛应用,使其发生了根本性的变化分子筛催化剂成为腐蚀性、污染性液体酸的理想替代品,开始应用于精细化学品的合成等有机化工领域在酶催化、催化氧化尤其是环境催化如对（NOx选择催化还原脱除）领域,分子筛催化均有一定的发展由单纯的酸催化作用发展到碱催化、酸碱双功能催化、氧化还原催化及金属催化等。纳米催化材料纳米催化材料——简介纳米催化剂的概念：利用纳米微粒高比表面积和高活性这种特性以提高催化效率的物质就叫作纳米催化剂纳米催化剂的结构及特性：多元体系的纳米粒子晶体结构随制备条件的不同而异，同种化合物的粒子可能有不同的晶体结构：有的呈针状，有的呈球状、片状、板状等，有时甚至晶格类型也不一样。纳米晶粒各表面的活性是不同的，另外晶粒形状不同，其不同晶面露置程度也不同，对催化反应的活性和选择性同样会产生很大的影响。纳米催化材料——性能纳米催化剂的表征催化性能不但与化学组成有关，而且与其结构、晶体形态、颗粒大小等因素密不可分纳米粒子对催化氢化、还原、裂解反应都具有很高的活性和选择性，对光解水制氢和一些有机合成反应也有明显的光催化活性国际上已把纳米催化剂称为第四代催化剂。纳米催化剂具有高的比表面积和表面能，活性点多，因而其催化活性和选择性大大高于传统催化剂。纳米催化材料——特性表面特性:16种表面位置，有些在单晶表面，有些可作为电子的给体，有些可作为电子的受体;有的为单配位，有的为双配位、三配位四配位。特性吸附特性：H2在某些过渡金属纳米粒子上呈解离吸附。纳米催化材料——制备方法化学法：通过液相反应或气相反应方法制备纳米材料。优点：生产效率高。缺点：制备的材料中含有杂质制备方案物理法制备的纳米材料具有表面清洁、无杂质、粒度可控、活性高。缺点：产率大都较低纳米催化材料——制备方法低压气体中蒸发法[气体冷凝法]在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属，使其蒸发后形成超微粒(1—1000nm)或纳米微粒的方法。表面清洁粒度齐整，粒度分布窄粒度容易控制定义优点纳米催化材料——制备方法纳米催化材料——应用应用电池工业尾气处理催化氧化还原反应光催化降解纳米催化材料——发展动向科学家首次制备二十四面体铂纳米晶粒催化剂纳米催化材料——发展动向中科院上海硅酸盐所稳定纳米催化材料纳米催化材料——发展动向宁波大学：大孔径二氧化硅材料生物催化材料生物催化材料——简介生物催化剂是由生物产生用于自身新陈代谢以维持其生物活动的各种催化剂的总称工业上以游离或固定化酶的形式存在，在有机合成特别是对具有复杂结构和生物活性物质的合成上具有广泛的应用潜力随着固定化酶和固定化细胞技术的发展形成了一门以生物催化剂研究和应用为基础的新综合性学科——酶工程水解酶类氧化还原酶类合成酶类裂解酶类转移酶类生物催化材料异构酶类生物催化材料——种类催化水解、合成、酰基化反应催化双键的形成生物催化材料——特点设备简单绿色生产技术反应条件温和副反应少生物催化选择性高生物催化材料——制备固定化231载体结合法架桥法包埋法4组合法共价键法离子键法物理吸附法使有两个功能基的试剂与蛋白质中的a一、§-氨基、苯基、sH基等作用，通过酶分子架桥(交联)把酶包埋在聚丙烯酰胺胶体之类的微小孔隙中生物催化材料——应用应用于多种工业化生产过程。其中在精细化学品和药物的合成,特别是手性化合物等高附加值化学品的合成中已得到成功的工业应用,并占据了一定的市场份额。目前生物技术在石油炼制和大宗化学品的合成领域的应用也已有突破,如在国外,柴油生物脱硫的新工艺（BDS）,生物技术制造聚乳酸和1,3丙二醇（PPO）等的新工艺,均已进入工业示范装置的建设阶段。生物催化材料——应用洗涤剂用酶纺织用酶乳制品用酶酿酒用酶饲料用酶焙烤食品用酶其它行业用酶洗涤剂用酶纺织用酶乳制品用酶酿酒用酶饲料用酶焙烤食品用酶其它行业用酶国际市场酶制剂销售额比例发展及绿色催化催化材料的发展前景改进催化剂的性能，特别是低起燃温度、高转化率、宽工作窗口绿色催化提高催化剂的耐久性，提高抗中毒能力和高温热稳定性；降低催化剂的成本，特别是制备新工艺和新装备的开发。绿色催化绿色化学（Environmen—tallybenignchemistry）绿色催化绿色催化——稀土催化材料我国美国4300万41.4%70%11080060%稀土催化材料——燃料电池燃料电池燃料电池能量转化效率高，污染物超低或零排放，是21世纪高效、低污染的绿色能源。预计到2010年，燃料电池技术可在大型电站、新型分布式电站等方面形成超过3000亿美元的庞大市场。膜电极是固体氧化物燃料电池的核心部件，其制备离不开稀土催化材料。稀土复合氧化物催化剂效果最好，是新一代重整催化剂。稀土催化纳米光催化空气净化器稀土催化材料——光催化空气净化TiO2稀土催化材料绿色催化——石油化工乙苯制备传统催化绿色催化强酸性络合催化物设备耐腐蚀三废处理问题超稳Y沸石催化剂碳钢设备无三废问题30%学习收获学习收获分解反应AB=A+B化合反应A+B=AB复分解反应AB+CD=AD+BC副反应药品溶解过滤浓缩冷却结晶