工业催化的发展

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1、工业催化的发展目录催化作用原理催化科学发展的历史其他催化材料领域的开发和研究催化材料的制备技术21世纪催化新材料的探索Discussion催化作用原理概念催化作用：1976年IUPAC公布的催化作用的定义是：催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外来物质来加速化学反应的现象。催化剂：根据IUPAC于1981年提出的定义，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。3催化的原理由于催化剂的介入，化学反应改变了进行途径，而新的反应途径需要的活化能较低，这就是催化得以提高

2、化学反应速率的原因。例如，化学反应A+B─→AB,所需活化能为E，在催化剂C参与下，反应按以下两步进行：A+C─→AC，所需活化能为E1AC+B─→AB+C，所需活化能为E2E1、E2都小于E(见图)。催化剂C只是暂时介入了化学反应，反应结束后,催化剂C即行再生。助剂：在催化剂中加入的另一些物质，本身不具活性或活性很小的物质，但能改变催化剂的部分性质。如化学组成、离子价态、酸碱性、表面结构、晶粒大小等，从而使催化剂的活性、选择性、抗毒性或稳定性得以改善。载体：又称担体（support）,是负载型催化剂的组成之一。催化活性组分负载在

3、载体表面上，载体主要用于支持活性组分，使催化剂具有特定的物理性状，而载体本身一般并不具有催化活性。催化的发展历程1萌芽时期(20世纪以前）1746年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。1831年P.菲利普斯获得二氧化硫在Pt上氧化成三氧化硫的英国专利。后来德国人E.雅克布建立工厂生产Pt催化剂。Pt是人类史上第一个工业催化剂，直至现在Pt还是许多工业催化剂的催化活性成分。2奠基时期（20世纪初）在这一时期内，制成了一系列重要的金属催化剂，催化活性

4、成分也扩大到了液体并运用高度分散可提高催化活性的原理，设计出有关的制造技术，例如沉淀法、浸渍法、热熔融法、浸取法等，成为现代催化剂工业中的基础技术。1925年H.S.泰勒提出活性中心理论，这对以后制造技术的发展起了重要作用。3大发展时期（20世纪30～60年代）1.工业催化剂生产规模的扩大1933年，在德国，鲁尔化学公司利用费歇尔的研究成果建立以煤为原料从合成气制烃的工厂，并生产所需的钴负载型催化剂，以硅藻土为载体，该制烃工业生产过程称费歇尔－托罗普施过程，简称费托合成，第二次世界大战期间在德国大规模采用，40年代又在南非建厂。2

5、.工业催化剂品种的增加3.选择性氧化用混合催化剂的发展，1960年俄亥俄标准油公司开发的丙烯氨化氧化合成丙烯腈工业过程投产，使用复杂的铋-钼-磷-氧／二氧化硅催化剂，后来发展成为含铋、钼、磷、铁、钴、镍、钾7种金属组元的氧化物负载在二氧化硅上的催化剂。4.分子筛催化剂的崛起，分子筛是结晶形的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成具有均匀的孔隙(分子尺寸大小通常为0.3~2.0nm）结构的孔道或空腔。分子筛中含有大量的结晶水，加热可汽化除去，故又称为沸石。5.大型合成氨催化剂系列的形成：60年代起合成氨工业中

6、由烃类制氢的原料从煤转向石脑油和天然气。1962年美国凯洛格公司与英国卜内门化学工业公司(ICI)分别开发了用碱或碱土金属助催化的负载型镍催化剂，可在加压条件下作（3.3MPa）而不致结炭，这样有利于大型氨厂的节能。烃类蒸汽转换催化剂、加氢脱硫催化剂、高温变换催化剂、低温变换催化剂、氨合成催化剂、甲烷化催化剂等构成了合成氨厂的系列催化剂，后80年代经刘化章教授研究成功亚铁系列的熔铁氨合成催化剂，使氨合成的温度和压力大幅下降。目前，全国合成氨厂还在广泛使用刘化章教授开发的这项技术6.加氢精制催化剂的改进：石油裂解馏分加氢精制的催化剂

7、，其中不少是以前一时期的金属加氢催化剂为基础予以改进而成的。此外，还开发了裂解汽油加氢脱二烯烃用的镍-硫催化剂和钴-钼-硫催化剂，以及烃液相低温加氢脱除炔和二烯烃的钯催化剂4.更新换代时期（20世纪70-80年代）高效络合催化剂的出现：络合催化剂是70年代开发的高效烯烃聚合催化剂，这是由四氯化钛－烷基铝体系负载在氯化镁载体上形成的负载型络合催化剂，其效率极高，一克钛可生产数十至近百万克聚合物，因此不必从产物中分离催化剂，可节约生产过程中的能耗。固体催化剂的工业应用：1966年英国卜内门化学工业公司开发低压合成甲醇催化剂，用铜-锌-

8、铝-氧催化剂代替了以往高压法中用的锌-铬-铝-氧催化剂，使过程压力从24～30MPa降至5～10MPa，可适应当代烃类蒸汽转化制氢流程的压力范围，达到节能的目的。分子筛催化剂研究新进展ZSM-5和择形分子筛ZSM(ZeoliteSoconyMobi