《化学反应工程》课程教学资源（PPT课件）第二章 气-固相催化反应本征及宏观动力学

第二章气-固相催化反应本征及宏观动力学

第 二 章 气-固相催化反应本征及宏观动力学

第一节催化及固体催化剂*催化剂的三个基本特征：①改变反应途径（活化能）②不改变平衡状态和反应热③选择性*均相催化：反应在相内进行；多相催化：反应在相界面上进行*形态：多孔性物质（颗粒）：网状物。颗粒：规则或不规则；形状：圆柱形、环柱形、薄壁异形（车轮、舵轮、蜂窝）。颗粒和形状，根据反应和反应器来定*气固催化理论仑：活性位理论三步骤：反应物活性位吸附；表面反应；产物活性位脱附

第一节 催化及固体催化剂 *催化剂的三个基本特征：①改变反应途径（活化能） ②不改变平衡状态和反应热 ③选择性 *均相催化: 反应在相内进行； 多相催化: 反应在相界面上进行 *形态：多孔性物质（颗粒）；网状物。 颗粒：规则或不规则； 形状：圆柱形、环柱形、薄壁异形（车轮、舵轮、蜂窝）。 颗粒和形状，根据反应和反应器来定。 *气固催化理论：活性位理论——三步骤： 反应物活性位吸附； 表面反应； 产物活性位脱附

一：固体催化剂的主要组成及制备方法：*主要组成：活性成分（金属、金属氧化物）一一催化作用助催化剂（结构性、调变性）一提高催化剂活性、选择名性、稳定性载体（负载型催化剂）（氧化铝、二氧化硅、活性炭、硅胶、硅藻土等）承载活性组分和助催化剂，增大表1选择性、稳定性（载体和活性组分产面积，提高活性、生“协同效应*制备方法：浸渍法；沉淀法；共混法；熔融法

一．固体催化剂的主要组成及制备方法： *主要组成： 活性成分（金属、金属氧化物）——催化作用 助催化剂（结构性、调变性）——提高催化剂活性、选择 性、稳定性 载体（负载型催化剂）（氧化铝、二氧化硅、活性炭、硅 胶、硅藻土等）——承载活性组分和助催化剂，增大表 面积，提高活性、选择性、稳定性（载体和活性组分产 生‘协同效应’） *制备方法：浸渍法；沉淀法；共混法；熔融法

二.固体催化剂的孔结构*内表面积：多孔固体催化剂内含有大小不等的孔道，形成相当大的内表面积，即使是粒度很小的催化剂颗粒，其外表面积与催化剂内的孔道所形成的内表面积相比也是很小的。常用测比内表面积Sg的方法：气体吸附法（BET）。m2/g*孔容积V。和孔隙率：0孔容积：每克催化剂内部孔道所占体积。氢－汞置换法测定ml/g

二. 固体催化剂的孔结构 *内表面积： 多孔固体催化剂内含有大小不等的孔道，形成相当大的内表面 积，即使是粒度很小的催化剂颗粒，其外表面积与催化剂内的 孔道所形成的内表面积相比也是很小的。 常用测比内表面积Sg的方法：气体吸附法（BET）。m2/g *孔容积 和孔隙率 ： 孔容积：每克催化剂内部孔道所占体积。氦－汞置换法测定ml/g Vg 

孔隙率；催化剂颗粒的孔容积与颗粒的总体积之比：Pt催化剂固相的真密度一一只含骨架体积：Pp催化剂颗粒表观密度或假密度一一包含了内孔体积；Ph堆积密度或床层密度一一包含了颗粒间的空隙以及内孔体积0=0.50=PpVgpb=p,(1-)=p (1-0)(1-)床层空隙率8

孔隙率 ； 催化剂颗粒的孔容积与颗粒的总体积之比； 催化剂固相的真密度——只含骨架体积； 催化剂颗粒表观密度或假密度——包含了内孔体积； 堆积密度或床层密度——包含了颗粒间的空隙以及内孔体积 ——床层空隙率  t  p  b   = 0.5 p g  =  v (1 ) (1 )(1 ) b p t  =  −  =  − −  

*孔径及其分布：微孔（micropore）：孔半径1nm：活性炭、沸石分子筛中孔（mesopore）：孔半径1一—25nm；多数催化剂中的大部分孔（气体吸附法测分布）大孔（macropore）：孔半径大于25nm硅藻土（汞压法测分布）、内壁平行孔模型：催化剂中孔道是由一系列互不相交、光滑、半径不等的平行圆柱状孔所组成。平均孔半径：ra =2S

*孔径及其分布： 微孔(micropore): 孔半径1nm；活性炭、沸石分子筛 中孔（mesopore）：孔半径1——25nm；多数催化剂 中的大部分孔（气体吸附法测分布） 大孔（macropore）：孔半径大于25nm；硅藻土（汞 压法测分布） 平行孔模型：催化剂中孔道是由一系列互不相交、内壁 光滑、半径不等的平行圆柱状孔所组成。 平均孔半径： g g a S v r = 2

例题：多孔型球形颗粒10克，其半径为1cm，系由密度为4.0克/cm3的材料制成，计算出孔容积Vg，孔隙率0和假密度pp

例题： 多孔型球形颗粒10克，其半径为1cm，系由密度为4.0克／cm3 的材料制成，计算出孔容积Vg ，孔隙率θ和假密度ρp

三、催化剂的活化与钝化：*活化：在一定P、T下，用一定组成的气体对催化剂进行处理，使其中以某种氧化物、氢氧化物、盐的形态存在的活性组分得到还原或发生相变，而获得催化反应所必需的活性组分和相组成的过程，*预还原：催化剂制造厂在良好的条件下将催化剂还原，以低浓度氧在催化剂外层形成钝化保护膜的钝化处理。“严格控制的氧化”再还原：生产厂家对预还原催化剂外层进行再还原工作

三、催化剂的活化与钝化： *活化：在一定P、T下，用一定组成的气体对催化剂进行处 理，使其中以某种氧化物、氢氧化物、盐的形态存在的活 性组分得到还原或发生相变，而获得催化反应所必需的活 性组分和相组成的过程。 *预还原：催化剂制造厂在良好的条件下将催化剂还原，以 低浓度氧在催化剂外层形成钝化保护膜的钝化处理。 “严格控制的氧化” 。 再还原：生产厂家对预还原催化剂外层进行再还原工作

各种不同彩状的催化剂六筋舵轮

各种不同形状 的催化剂 六筋舵轮

七孔形8福

七 孔 形