Video慕课视频播放-催化剂设计与制备-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

那么接下来我们来看一下第一个问题要得到

产物中甲醛的摩尔选择性

我们这里给大家做一便于对比的讨论就是强调选择性

为什么一般强调是碳选择性

而不强调摩尔选择性呢

看一下题目第二问题要求是产物中甲醇的摩尔选择性

也就是说要看一下产物摩尔选择性

我们就不要考虑到产物里面原料的存在甲醇

我们只要考虑到甲醛

二甲氧基甲烷还有甲酸甲酯还有二甲醚

大家这些产物一比较即可因为只需要考虑到摩尔量对吧

所以每个物质都是以摩尔量计算带入公式后可以得到

这样一个值就是摩尔选择性

但是如果我们要从物料平衡角度上讲

因为除了这个反应其它反应都实现碳平衡

我们来看一下碳选择性是什么样结果

这个时候甲醛只有一个碳的

一个二甲氧基甲烷

可能有三个碳甲醛甲酯两个碳

然后我们的一个

加二甲醚的话也是两个

所以摩尔选择性和碳选择性最重要的区别是什么

公式中分子是一样的

但是公式中分母是不一样的

比如说碳选择性分母数值肯定是比较大的

所以最终会得到的结果是什么

甲醛的碳选择性是远低于甲醛的摩尔选择性

我们通过这个

非常明显的数值的区别给大家强化一个概念就是

我们在计算产物的选择性的时候

一定要注意到物料平衡的考虑

如果物料不平衡

你用摩尔的选择性

后面去计算反应的收率活性是不准确的

这个大家一定要记住了

这个是一个非常关键的点

那么接下来再来看题目第三个问题就是

氧化脱氢产物碳选择性和收率

大家注意一下我们这里

很显然已经考虑到了

碳平衡的过程

所以来看一下氧化脱氢产物

我们刚刚已经给大家说了

我们要考虑到氧化脱氢产物要考虑到

二甲氧基甲烷里面有一个碳是来自于甲醛的

所以这里面二甲氧基甲烷里面我们要取它的一个碳

然后甲酸甲酯两个碳里面取它的一个碳

所以公式中分子就变成了

1摩尔的产物的量就是

甲醛的摩尔数加上二甲氧基甲烷的摩尔数

然后再加上甲酸甲酯的摩尔数

分母就变成了什么

甲醛的摩尔数加上三倍的甲氧基甲烷的摩尔数

加上两倍的二甲醚的摩尔数

然后再加上两倍甲酸甲酯的摩尔数

我们大家可以看一下公式分子里面没有考虑到

二甲醚的摩尔数

因为二甲醚不是甲醛氧化脱氢产物的来源

它是甲醇纯粹的副反应

然后把这个上面浓度单位值带进去公式以后我们就得到

这个反应氧化脱氢的碳选择性大概多少

大概是在28.6%左右

我们再看一下题目里第三个问里面的第二个小问题

就是氧化脱氢产物的碳收率

这个收率实际上是

计算很简单就是我们说了

我们如果考虑到我们的一个

我们如果考虑到物料平衡

收率就直接等于转化率乘以它反应的选择性

就可以得到收率大概是10.8%左右

所以到这我们已经算完了

转化率还有氧化脱氢产物的选择性

那么我们来看一下

我们前面讲了那么长时间的反应的活性

那么我们的活性具体怎么算

我们在这个连续的

计算过程中转化率

选择性和收率怎么来应用于活性计算

这个是我们大多数同学进入实验室或科研项目

算催化剂活性的时候都会碰到的问题

就是我如何来得到一个准确的活性的过程

我们前面给大家讲了活性定义是

催化剂的TOF值是等于

单位时间内单个活性位

就是1/N 转化掉了反应物的数目

就是我们讨论的这个氧化反应里面

这里n就是指氧化脱氢产物的数目

然后这个1/N分之一的话 N这是活性位的数目

因为在含钼杂多酸主要是酸性位

我们可以通过碱滴定方法得到它的滴定数

就是0.1克催化剂

大概含有的摩尔数是0.00021摩尔酸性位

这1/N我们就得到数值了

问题是我们要看一下dn/dt怎么得到的

就是说这个dn dt

跟这里面题目里算的转化率

跟选择性和收率有什么样的关系

我们要知道就是

我们这个反应在大多数的反应过程

所有反应都是以固定的反应条件进行

就是以一定的进料速度进行

比如说这里

用0.1毫摩尔每秒进料速度进样以后

等反应稳定一段时间我们就可以得到这样的产物分布

这进料速度

大家可以注意一下它的单位是

物质量是摩尔除以时间

是否我们这可以得到一个提示是什么

dt是否是跟的进料速度有关系

我们可以想一下这个要计算的n是指的

氧化脱氢的的产物对吧

氧化脱氢反应收率是等于什么

就是收率是等于转化率乘以选择性对吧

如果这个dn

把氧化脱氢产物的量

带入到收率公式就是把这个

dn的跟原料的含量就可以是将跟进料速率相关联起来

因为进料速率里面甲醇

是输出反应的产物来源

这时总的输出产物乘以转化率

乘以选择性也就是乘以收率

不就是等于dn

就是n数量的氧化脱氢产物

所以我们把这个公式

把这个公式带入到氧化脱氢产物计算公式里面

我们就可以得到这样的方程

最后反应速率等于v乘以转化率乘以选择性

这个v是指的

就是甲醇的进料速度

所以这样可以看到我们需要算的

我们要算催化剂的活性需要知道的值只需要

只需要反应的转化率

需要选择性或是收率

然后再知道活性位的数目

就可以得到

单个条件下某个条件下得到的反应的氧化脱氢的速度

最终得到这样的值就是

反应速度

甲醇的进料速度乘以它的转化率

乘以氧化脱氢产物的选择性

比上活性位的数目

最终得到活性值大概是0.052每秒

也就是说每秒钟

它氧化脱氢发生在单个酸性活性位上

氧化脱氢生成甲醛

或是氧化脱氢产物的速率大概是0.052

这是一个不是很快的速率

我们通过这个例子给大家介绍了如何通过实验过程

得到反应产物的分布数据接着利用反应分布数据跟反应条件

还有催化剂的物性表征

计算出整个反应的活性

这个过程应该是我们每个如果是要做催化研究的研究生

必须要掌握的一个最基本的计算方法

上面的内容是我们给大家讲

关于如何通过甲醇的氧化脱氢得到甲醛的过程中

根据反应的进料速度

然后跟反应产物里面各种浓度的组分

来计算反应的氧化脱氢活性的过程

下面的是一道课堂练习题

我们课堂的练习题是

反应还是原来的反应甲醇氧化脱氢反应但催化剂变成了

变成了氧化硅负载的金属铂催化剂

这个金属铂催化剂

它的活性位数目大家看一下

它大概是0.00001摩尔

比刚才所用杂多酸的活性位数目更少

我们用的进料速度

原来是0.1 我们现在变为0.2 得到产物分布是不一样的

大家可以根据我们刚才讲的内容

去课后去算一下就是得到转化率是什么

还有氧化脱氢产物的碳选择性和收率是什么

还有氧化脱氢的活性是什么

这里大家一定要注意我们刚刚反复强调的就是

一定要强调碳选择性因为我们要根据反应的具体类型

我们这里再强调一遍吧

就是找到一个催化反应一定要把每个反应的反应式

尽量写出来把它配平了

然后看一下这个反应过程中

比如说有很多反应如氧化或加氢反应

就是氧进入到产物分子或氢进入到产物分子

这个时候你要看到每个反应里面

哪个物质是能够得到物料平衡了

就是说它的量是没有变化了

这个时候我们才可用那个量来作为计算的基准

比如说我们说了

甲醇这个反应碳数没有发生变化

所以我们用碳选择性来作为计算基准

如果我们发现它的碳数发生变化

这个时候就不能用碳选择性来计算了

大家可以课后去自己算一下练习题

我们这里也给大家给出了直接的计算结果

这个改用氧化硅负载铂催化剂

它转化率由原来的三十几变成到现在的14.8%

还有氧化脱氢的选择性或者收率变成了9.2%

最终的氧化脱氢的活性我们可以看到它最终变成1.83

催化剂设计与制备课程列表：

课程简介

-课程简介

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第一章绪论

-绪论

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-1.1 催化剂设计的尺度

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-1.1 催化剂设计的尺度--作业

-1.2 催化剂的活性与选择性

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-1.2 催化剂的活性与选择性--作业

-1.3 多相催化反应本征动力学

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-1.3 多相催化反应本征动力学--作业

-1.4 工业催化剂设计概述

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第二章催化剂的设计

-2.0 引言

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计--作业

-2.2 催化剂设计的程序

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-2.2 催化剂设计的程序--作业

-2.3 催化剂各组分的设计

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-2.3 催化剂各组分的设计--作业

-2.4 催化剂宏观物性的选择

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-2.4 催化剂宏观物性的选择--作业

-2.5 工业催化剂筛选与设计实例

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-2.5 工业催化剂筛选与设计实例--作业

第三章催化剂制备的理论基础

-3.1 软化学 (Soft Chemistry)

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-3.2 组合化学(Combinational Chemistry)

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-3.3 化学热力学与无机合成

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-3.3 化学热力学与无机合成--作业

第四章氧化物载体和催化剂的制备

-4.1 催化材料和催化剂制备方法简介

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-4.2 氧化物催化材料制备基础

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-4.2 氧化物催化材料制备基础--作业

-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法

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-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法--作业

第五章负载型催化剂的制备

-5.1 负载型催化剂简介

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-5.2 负载型催化剂制备基础

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-5.3 负载型催化剂的制备方法

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-5.3 负载型催化剂的制备方法--作业

第六章催化剂的活化

-6.1 简介

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-6.2 过滤与洗涤

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-6.3 干燥

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-6.4 焙烧

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-6.5 还原

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-6.5 还原--作业

第七章特殊催化剂及其制备方法

-7.1 骨架催化剂

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-7.2 化学置换法制备金属催化剂

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-7.3 液相化学还原法制备金属催化剂

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-7.4 等离子辅助制备催化剂

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-7.5 混合法

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-7.6 膜催化材料

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第八章催化剂的成型

-8.1 绪论

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-8.2 工业催化剂成型

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