《工业催化》课程教学大纲.docx

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《工业催化》课程教学大纲

工业催化

第一章催化作用与催化剂基础

第一节催化作用的定义与特征

一、定义

二、特征

1、只能加速热力学上可行的反应

2、只加速反应趋于平衡，而不改变平衡的位置

3、通过改变反应历程改变反应速度

4、降低反应活化能

5、催化剂对反应具有选择性

6、催化剂的寿命

三、其他基本概念

第二节对工业催化剂的要求

一、估量一个催化剂价值的四个重要因素

二、催化剂的工业性能

第三节催化剂的组成与功能

一、催化剂成分（固体Cat）

二、活性组分

1、主剂成分

2、按活性组分作用分类

3、按导电性分

三、载体

1、定义

2、分类

3、载体催化剂命名

4、催化剂载体功能

四、助催化剂

1、帮助载体

2、帮助活性组分

3、一些主要过程常用助Cat和其功能

4、存在的最适宜含量

第四节催化体系分类

一、相的均一性分类

二、作用机理分类

三、按反应类别分类

第二章催化剂中的吸附作用

第一节多相催化的反应过程

一、多相催化反应步骤

二、外扩散与外扩散系数DE

1、外扩散

2、外扩散速率影响因数

三、内扩散与内扩散系数DI

1、内扩散

2、内扩散的三种类型

第二节固体表面结构

一、几个概念

二、晶体表面的晶面

1、 晶体

2、金属晶体的三种典型结构

3、 晶格、晶面

4、暴露晶面的影响因数

三、晶体的不完整性

1、固体中缺陷分类

2、点缺陷

3、线缺陷

4、结晶剪切

5、堆垛层错与颗粒边界

四、晶体表面与体相比较

1、合金表面组成

2、晶体表面结构

3、氧化物表面组成

五、晶体表面能量的不均匀性

1、原子水平的团体不均匀

2、表面力的差别

六、晶体的不完整性与催化作用

1、 不完整性关联到表面催化活性中心

2、表面结构与所处气氛有关

3、表面组成与反应混合物组成有关

第三节分子在固体表面的吸附

一、物理吸附与化学吸附

1、定义

2、物理吸附与化学吸附的区别

3、化学吸附与催化

二、吸附质的可动性

1、吸附质点的两种平均寿命

2、定位吸附与非定位吸附

3、固体Xe上吸附惰性气体的表面势能

三、吸附的位能曲线

1、气体分子撞击晶面情况

2、吸附位能曲线

3、过渡态

4、物理吸附价值

5、双原子分子另一种吸附情况

四、化学吸附的类型

1、离解吸附和不离解化学吸附

2、均裂离解吸附和非均裂离解吸附

3、离解化学吸附的氧化与还原

4、非离解化学吸附下氧化与还原

5、三种化学吸附键

第四节晶体的电子结构

一、分子轨道理论和固体能带模型

1、原子轨道近似，相对能量和形状

2、分子轨道理论

3、能带的形成（固体）

4、能带结构

5、能级的密度

6、能带结构理论说明

7、物质按能带结构分类

8、固体按导电性分类

二、配位场模型

1、配位场效应

2、d轨道取向性

3、3、实例

三、价键理论—金属键的d%

1、电子配对理论

2、金属价键理论

3、d特性%

第三章各类催化剂及催化作用

第一节金属催化剂及催化作用

一、金属催化剂

1、种类

2、用途

3、特征

二、金属催化剂的化学吸附

1、气体在不同金属上化学吸附热变化

2、气体在金属上化学吸附强度顺序

3、金属按其对气体分子化学吸附的能力分类

三、金属催化剂化学吸附的状态

1、 金属催化剂的电子逸出功φ

2、 反应物粒子的电势I

3、 吸附状态

四、化学吸附中的几何因素

1、几何因素对活性影响

2、理论

五、吸附与催化——火山型原理

1、火山型原理

2、火山曲线

3、实例

六、一些气体的化学吸附态

1、氢的吸附

2、氧的吸附态

2、氮的吸附态

3、CO的吸附态

5、 烃类的吸附态

6、乙炔

7、苯

8、饱和烃

第二节固体酸碱催化剂

一、定义、分类

1、 定义Brφnsted和Lewis定义

2、 分类

二、机理

1、 金属氧化物

2、混合金属氧化物

3、影响酸位和碱位的因数

三、固体表面酸、碱性测定

1、酸位的类型及鉴定

2、固体酸强度和酸量

3、固体碱强度与碱量

4、酸—碱对协同位

5、固体超强酸、超强碱

四、固体酸、碱催化作用

1、酸位的性质与催化作用关系

2、酸强度与催化活性和选择性关系

3、酸量与催化剂活性关系

4、正碳离子的形成及反应规律

5、固体碱催化剂

第三节分子筛催化剂

一、概述

1、 沸石：

2、 沸石特点：

3、 沸石存在形式

4、 分类

5、 分子筛

二、发展史

1、 五十年代——沸石

2、六十年代——人工合成工业催化剂

3、七十年代——工艺路线、产品质量改进

4、八十年代——AlPO4磷酸铝分子筛

5、九十年代以来

三、分子筛沸石的结构特点

1、基本结构单元

2、环结构

3、笼结构

4、分子筛结构

四、沸石分子筛的酸、碱催化性能及其调变

1、酸中心的形成与本征催化性能

2、沸石分子筛酸性调变

五、分子筛择型催化性质

1、反应物择型催化

2、产物择型催化

3、过渡状态限制择形催化剂

4、分子交通控制的择型催化

六、沸石分子筛催化剂碱催化和酸、碱协同催化作用

七、新型磷酸铝分子筛AlPO4

第四章催化剂设计与制备

第一节催化剂的分子设计基础

一、催化剂分子设计的理论与实验

1、理论

2、实验

二、催化剂分子设计的特点

第二节催化剂分子设计方法

一、催化剂设计方法分类

1、传统经验法

2、定性催化剂设计方法

3、数学模型模拟辅助催化剂设计

4、电子计算机辅助催化剂设计

二、催化剂分子设计方法

1.程序框图

2.组分筛选

3.热力学可行性分析

4.催化剂原料的确定

三、催化剂类别

第三节工业催化剂的制备原理

一、沉淀法

1、沉淀过程和沉淀剂的选择

2、影响沉淀的因素

3、沉淀法类型

4、典型沉淀法生产工艺

二、浸渍法

1、载体的选择和浸渍液的配制

2、活性组分在载体上的分布与控制

3、浸渍法分类

4、工艺

三、离子交换法

1、无机离子交换剂制备（分子筛）

2、有机离子交换剂制备（离子交换树脂）

四、共混法

五、固体催化剂的成型

1、形状及使用性能

六、干燥与焙烧

1、干燥

2、焙烧

第三节常用催化剂的制备工艺

一、活性氧化铝的制备（沉淀法）

1、酸法沉淀工艺

2、影响因素

二、新型甲醇酮系催化剂制备（分步沉淀）

1、目前使用工业催化剂（生产甲醇）

2、新型合成甲醇铜素催化剂

三、负载型镍催化剂的制备（浸渍沉淀法）

1、浸渍沉淀的制备流程

2、影响因素

四、分子筛的合成（导晶沉淀法）

1、高硅钠型分子筛原粉

2、最佳原料配比

第五节催化剂制备技术的新进展

一、微乳化技术与催化剂

二、稀土元素与催化剂

三、纳米技术与催化剂

四、超临界技术

五、膜技术与催化剂

六、绿色化学化工及环境友好催化剂