工业催化3.3-金属及合金催化剂及其催化作用.ppt

示例1合成氨用的Fe催化剂

3H2(g)+N2(g)NH3-△H773K=109kJ/mol这是一个放热和体积缩小的反应。低温高压有利于反应平衡向右移动。实际上，为了得到快速的转化率，采用了高温（经典450℃）高压（100~300bar）工艺。合成氨反应机理N2和H2在Fe催化剂上吸附、表面反应过程（WhereE*istheactivationenergyfordissociativenitrogenadsorption）吸附改变了反应路径，降低了活化能合成氨催化剂的构成要使N2和H2反应，必须先将N2和H2进行解离活化。其N2的活化是关键（控制步骤），在元素周期表中，Ⅷ1族左边的金属能活化解离N2，但对N2的吸附太强以致可以生成互化物，Ⅷ1右边的金属难于解离活化N2，只有Ⅷ1族的Fe，Ru，Os既能化学吸附N2又不与N2形成稳定的化合物。而其中的Fe最便宜。被认为是最适合的合成氨催化剂。α-Fe为活性组分，纯Fe寿命很短，加入~0.1%K2O和3~6%Al2O3可延长寿命，并提高活性。其中：结构型助催化剂----Al2O3Al2O3为结构型助催化剂。可使α-Fe的比表面积增大13.2倍。提高催化剂活性，可以分散隔离α-Fe微晶，防止其烧结，提高热稳定性，还可促进配位数为7的Fe原子簇形成，有利于反应进行，但Al2O3有酸性，会阻碍NH3的脱附，降低催化剂的本征活性。电子调变型助催化剂----K2OK2O是电子调变型助催化剂。与Al2O3不同，它覆盖在的表面上，可以提高K2O周围Fe的电子云密度，降低电子逸出功，提高Fe向N2转移电子的能力。有利于N2的解离活化，提高催化剂的本征特性，起电子调变的作用。但K2O的量不能大，否则覆盖在Fe原子上，减少了Fe原子在表面上的浓度，会降低反应的活性，因此其必须与Al2O3协同作用。示例2：乙烯选择性氧化制环氧乙烷基本解析：由上述反应可以看出，该反应有副反应，涉及平行反应和连串反应，且都是强放热反应。关键是要提高催化剂的选择性和热稳定性。目前负载Ag是唯一用于此反应的催化剂。载体常用α-Al2O3（刚玉）、SiC（金刚砂）等惰性的，耐高温、大孔、低表面（1m2/g）空隙率为40~50%的物质，用以防止高温烧结和由于载体表面酸性及细孔内扩散阻力大所造成的深度氧化。Ag晶粒大小在2.0~5.0nm之间，随晶粒增大，选择性由0增大至60%，当晶粒大于5.0nm以后，选择性迅速下降，是结构敏感性反应。作为负载Ag催化剂，一般是用碱土金属，碱金属和稀土金属的碳酸盐以及贵金属作为助剂的。进一步探讨示例3：Pt重整催化过程

双功能催化剂失活及再生

铂重整的目的是使用催化剂Pt/η-Al2O3将C6~C10直链烷烃转化为支链烃、环烷烃及芳烃，特别是烷基芳烃。以得到高辛烷值的汽油和芳烃原料。金属Pt提供加氢，脱氢活性，而载体η-Al2O3的酸中心提供异构，环化活性。因此Pt/η-Al2O3为双功能催化剂。原来用：Pt/SiO2-Al2O3但因为酸性太强，易产生积碳，近来又改为：Pt-Re/Al2O3(卤化）Pt-Ir/Al2O3(卤化）Pt-Sn,Ge,Pb等双金属催化剂3.1Pt重整催化剂的失活原因1、积炭失活一般铂催化剂，积炭3-10%时，活性大半丧失，铂铼催化剂，积炭达20%时，活性大半丧失。2、中毒对含铂催化剂，金属毒物：As、Cu、Fe、Ni、Hg等为永久毒物；非金属毒物：S、N、O等为非永久毒物。3、化学组分流失重整催化剂是一种双功能催化剂。脱氢和酸功能应当有良好的配合。而Cl和F是催化剂酸性功能的主要来源，在生产过程中会造成Cl的流失而导致催化剂的活性下降（因为水的存在）3.1Pt重整催化剂的再生1、除积炭（烧焦段）用含氧气体烧去催化剂的积炭，从而恢复活性条件：5~7atm；