催化剂与催化作用 石油、非石油资源催化转化制取能源及化学品PDF电子书下载

第1章 催化剂与催化作用基本知识 1

1.1 催化作用的特征 1

1.1.1 催化剂和催化作用的定义 1

1.1.2 催化作用不能改变化学平衡 1

1.1.3 催化作用通过改变反应历程而改变反应速度 2

1.1.4 催化剂对加速化学反应具有选择性 3

1.2 催化反应和催化剂分类 4

1.2.1 催化反应分类 4

1.2.2 催化剂分类 7

1.3 固体催化剂的组成与结构 8

1.3.1 固体催化剂的组成 8

1.3.2 固体催化剂的结构 11

1.4 催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求 13

1.4.1 催化剂的反应性能 13

1.4.2 对工业催化剂的要求 16

1.5 多相催化反应体系的分析 17

1.5.1 多相催化反应过程的主要步骤 17

1.5.2 多相催化反应中的物理过程 18

1.5.3 多相催化反应中的化学过程 19

1.5.4 多相催化反应过程的控制步骤 22

参考文献 22

第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散 24

2.1 催化剂的物理吸附与化学吸附 24

2.1.1 物理吸附与化学吸附 24

2.1.2 吸附位能曲线 25

2.1.3 吸附在多相催化反应中的作用 27

2.2 化学吸附类型和化学吸附态 28

2.2.1 化学吸附类型 28

2.2.2 化学吸附态 30

2.3 吸附平衡与等温方程 34

2.3.1 等温吸附线 34

2.3.2 等温方程 36

2.4 催化剂的表面积及其测定 40

2.4.1 BET法测定比表面积 40

2.4.2 色谱法测定比表面积 42

2.5 催化剂的孔结构与孔内扩散 43

2.5.1 催化剂的孔结构 43

2.5.2 催化剂的孔内扩散 47

参考文献 49

第3章 酸碱催化剂及其催化作用 50

3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 50

3.1.1 酸碱催化剂的应用 50

3.1.2 酸碱催化剂的分类 51

3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 51

3.2.1 酸碱定义 51

3.2.2 酸碱中心的形成 52

3.3 固体酸性质及其测定 58

3.3.1 固体酸性质 58

3.3.2 固体酸表面酸性质的测定 59

3.3.3 超强酸 62

3.4 酸碱催化作用及其催化机理 63

3.4.1 均相酸碱催化 63

3.4.2 多相酸碱催化 67

3.5 沸石分子筛催化剂及其催化作用 72

3.5.1 沸石分子筛的组成与结构 73

3.5.2 沸石分子筛的特性 77

3.5.3 沸石分子筛的酸碱催化性质及其调变 78

3.5.4 沸石分子筛的择形催化作用 82

3.6 典型酸催化剂催化反应剖析 86

3.6.1 石油烃的催化裂化 87

3.6.2 芳烃的异构化、歧化、烷基转移反应 90

3.6.3 低碳烃芳构化制苯、甲苯和二甲苯 93

3.7 固体酸碱催化的新进展 95

3.7.1 微孔沸石分子筛的多样化 96

3.7.2 多级复合孔催化剂及其应用 97

3.7.3 离子液体催化剂及其应用 98

3.7.4 酸性质可调控的阳离子交换树脂类固体酸 99

3.7.5 固体酸催化剂表征及催化反应机理研究的进展 100

参考文献 101

第4章 金属催化剂及其催化作用 104

4.1 金属催化剂的应用及其特性 104

4.1.1 金属催化剂的应用 104

4.1.2 金属催化剂的特性 105

4.2 金属催化剂的化学吸附 106

4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系 106

4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系 108

4.3 金属催化剂电子因素与催化作用的关系 111

4.3.1 能带理论 112

4.3.2 价键理论 114

4.4 金属催化剂晶体结构与催化作用的关系 117

4.4.1 金属催化剂的晶体结构 117

4.4.2 晶体结构对催化作用的影响 118

4.4.3 金属催化剂晶格缺陷和不均一表面对催化剂性能的影响 124

4.5 负载型金属催化剂及其催化作用 126

4.5.1 金属分散度与催化活性的关系 126

4.5.2 金属催化反应的结构敏感行为 128

4.5.3 金属与载体的相互作用 130

4.5.4 负载金属催化剂的氢溢流现象 131

4.6 合金催化剂及其催化作用 132

4.6.1 合金的分类和表面富集 133

4.6.2 合金的电子效应和几何效应与催化作用的关系 134

4.7 典型金属催化剂催化作用剖析 137

4.7.1 合成氨工业催化剂 137

4.7.2 乙烯环氧化工业催化剂 140

4.7.3 催化重整工业催化剂 142

4.8 金属催化剂开发与应用进展 144

4.8.1 甲烷高效转化研究的重大突破 144

4.8.2 合成氨的钌催化剂的开发 145

4.8.3 银催化乙烯环氧化催化剂选择性的突破 145

4.8.4 金催化剂的崛起 146

4.8.5 非晶态合金的工业应用 146

参考文献 147

第5章 过渡金属氧（硫）化物催化剂及其催化作用 150

5.1 过渡金属氧（硫）化物催化剂的结构类型及其应用 150

5.1.1 过渡金属氧（硫）化物催化剂的应用及其特点 150

5.1.2 过渡金属氧化物催化剂的结构类型 152

5.2 金属氧化物中的缺陷和半导体性质 154

5.2.1 半导体的能带结构和类型 154

5.2.2 n型和p型半导体的生成 156

5.2.3 杂质对半导体催化剂费米能级、逸出功和电导率的影响 158

5.3 半导体催化剂的化学吸附与半导体电子催化理论 159

5.3.1 半导体催化剂的化学吸附 159

5.3.2 氧化物催化剂的半导体机理 161

5.4 过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理 164

5.4.1 金属—氧键强度对催化反应的影响 164

5.4.2 金属氧化物催化剂氧化还原机理 167

5.5 过渡金属氧化物中晶体场的影响 169

5.5.1 过渡金属氧化物晶体场稳定化能 171

5.5.2 晶体场稳定化能对催化作用的影响 173

5.6 过渡金属氧化物催化剂典型催化过程分析 175

5.6.1 钼铋系复氧化物催化剂催化的丙烯胺氧化制丙烯腈 175

5.6.2 钒系复氧化物催化剂催化C4烃选择氧化制顺酐 179

5.6.3 尖晶石型复氧化物催化剂催化乙苯脱氢制苯乙烯 180

5.6.4 氧化钴（镍）-氧化钼（钨）加氢脱硫催化剂催化作用 182

5.7 过渡金属氧化物催化剂的研究进展 184

5.7.1 概述 184

5.7.2 晶面择优过渡金属氧化物的催化性能 185

参考文献 189

第6章 络合催化剂及其催化作用 192

6.1 络合催化剂的应用及化学成键作用 192

6.1.1 络合催化剂的应用 192

6.1.2 过渡金属络合物化学成键作用 193

6.2 络合催化剂的形成与络合物的反应 195

6.2.1 过渡金属d电子组态与络合物配位数的关系 195

6.2.2 络合催化剂中常见的配位体及其分类 196

6.2.3 络合物氧化加成与还原消除反应 197

6.2.4 配位体取代反应和对位效应 198

6.2.5 σ-π型配位体的重排、插入与转移反应 201

6.3 络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变 202

6.3.1 络合空位的形成 202

6.3.2 反应物的活化 203

6.3.3 络合催化剂的调变 205

6.4 络合催化机理及络合催化实例分析 207

6.4.1 络合催化的一般机理 207

6.4.2 络合催化剂的催化作用实例分析 208

6.5 络合催化剂的固相化及金属原子簇催化剂 217

6.5.1 均相络合催化剂的优缺点 217

6.5.2 均相络合催化剂的固相化 218

6.5.3 金属原子簇催化剂 219

6.6 络合催化剂研究进展及应用 221

6.6.1 茂金属催化剂 221

6.6.2 非茂后过渡金属催化剂 223

6.6.3 不对称催化合成 224

参考文献 225

第7章 催化剂的选择、制备、使用与再生 227

7.1 催化剂的选择目的 227

7.1.1 现有催化剂的改进 227

7.1.2 利用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂 229

7.1.3 为化工新产品和环境友好工艺的开发而研制催化剂 229

7.2 选择催化剂组分常用方法 231

7.2.1 利用元素周期表进行催化剂活性组分的选择 231

7.2.2 利用催化功能组合构思催化剂 233

7.3 催化剂的制备与催化剂的预处理 235

7.3.1 催化剂制备的主要方法 235

7.3.2 催化剂的预处理（活化） 239

7.4 催化剂失活与再生 243

7.4.1 催化剂中毒 243

7.4.2 催化剂烧结 246

7.4.3 催化剂积炭 248

7.4.4 催化剂再生 249

参考文献 250

第8章 环境催化 251

8.1 环境催化的特点和研究内容 251

8.1.1 环境催化的特点 251

8.1.2 环境催化对催化剂的要求 252

8.1.3 环境催化的研究内容 252

8.2 机动车尾气净化催化技术 253

8.2.1 汽油机汽车尾气净化催化技术 254

8.2.2 柴油机汽车尾气净化催化技术 257

8.3 排烟脱硫、脱氮技术 259

8.3.1 催化脱除NOx 259

8.3.2 催化脱除SOx 261

8.3.3 同时催化脱除SOx和NOx 263

8.4 催化燃烧 264

8.5 氯氟烃的催化治理 265

8.6 水污染治理 266

8.6.1 反应机理 266

8.6.2 半导体光催化剂 267

8.6.3 光催化反应器 268

8.7 清洁燃料的生产和环境友好催化技术的开发 269

8.7.1 清洁汽油和柴油的生产 269

8.7.2 生物柴油 275

8.7.3 环境友好催化剂及催化技术的开发 277

8.8 废弃资源的利用 282

8.8.1 CO2的催化利用 282

8.8.2 催化降解废旧塑料制汽油和柴油 283

参考文献 284

第9章 非石油资源催化转化制取燃料及化学品 287

9.1 分子筛催化的C1化学新反应 287

9.1.1 甲醇制烯烃 287

9.1.2 甲醇制芳烃 298

9.1.3 二甲醚羰基化制备乙酸甲酯 302

9.2 生物质催化转化 305

9.2.1 生物质催化转化制生物质燃料 306

9.2.2 生物质催化转化制化学品 309

9.2.3 生物质催化转化绿色反应工艺实例剖析 313

9.2.4 展望 315

9.3 能源光催化 315

9.3.1 开展能源光催化的意义 315

9.3.2 能源光催化分解水的基本原理 316

9.3.3 光催化分解水制氢催化剂的组成与结构特点 319

9.3.4 光催化分解水制氢微观机制与反应动力学 322

9.3.5 光催化分解水制氢的国内外现状与发展趋势 324

9.4 燃料电池中的催化 326

9.4.1 燃料电池及其发展历史 326

9.4.2 燃料电池电极催化剂、电解质及常用燃料 329

9.4.3 不同燃料电池工作原理及应用现状 331

9.4.4 我国燃料电池的发展概况 338

参考文献 339

第10章 新催化材料及催化反应 345

10.1 碳基催化材料及催化反应 345

10.1.1 炭材料概述及物化性能表征 345

10.1.2 多孔炭材料的设计合成及在催化中的应用 349

10.1.3 晶态碳催化材料及应用 355

10.1.4 碳化物催化剂及催化反应 360

10.1.5 碳基催化材料的发展与展望 365

10.2 介孔材料及催化反应 365

10.2.1 概述 365

10.2.2 M41S系列硅基介孔材料 367

10.2.3 SBA-n系列硅基介孔材料 373

10.2.4 介-微孔复合材料 375

10.2.5 非硅基介孔材料 379

10.2.6 展望 381

10.3 金属有机框架材料及应用 382

10.3.1 概述 382

10.3.2 MOFs材料的制备、组成及结构 382

10.3.3 MOFs催化剂的催化作用 387

10.3.4 MOFs材料催化反应 390

10.3.5 前景与展望 395

10.4 膜催化反应器及膜催化 396

10.4.1 膜催化的意义 396

10.4.2 膜催化反应器的特点 396

10.4.3 膜催化反应器的种类 397

10.4.4 膜催化典型应用实例 398

10.4.5 膜催化反应器的应用展望 403

参考文献 404