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在结束第二章的内容之前最后用一个讨论题

来结束本章内容 让大家

同学们有更加深入的印象

如何利用基础研究的结果来指导工业催化剂的开发

这里给出的是早期文献里面

做的不同金属 特别是第八族过渡金属

对一些反应的活化能力

这里面纵坐标给出的是活性的对数 反应速率的对数

纵坐标是不同种类的金属

这张图有有白色的方柱 灰色的 黑色的柱子

这种柱的高低就展示的这种金属的活化能力

白色柱子指的是对于碳-氢键的裂解能力的体现

而灰色的柱子是指的前面讲了水汽变换

一氧化碳和水变成二氧化碳氢气

还有黑色柱子指的是一氧化碳和氢气反应生成甲烷的能力

那根据这个

这些基础研究成果 通过总结可以用于催化剂的开发

这里给大家举例子是

生物质研发领域的非常火课题

我们知道最早的生物质生产

车用燃料会最早应用是 生物柴油

特别是国内 最近上海提出了政策是

在未来三年内 提倡把餐厅的地沟油

把它高效转化生成为生物柴油

用于生物燃料

而把地沟油

大豆油植物油

它主要是甘油三脂

甘油三脂转脂化会有一部分的副产物

一般的认为生物柴油生产过程中

一生产九吨 生物柴油 会得到 一吨的甘油

所以生物柴油要要盈利

要推广化非常重要事的是

如何解决这生物甘油的再利用

甘油的化可以做一些反应

非常典型的反应

加氢裂解要得到丙二醇

那么在这里面我们知道

甘油加氢裂解得到丙二醇

不能把碳-碳键给断掉

只能断掉碳-氧键

所以工业上很容易就找到活性组分是铜催化剂

大家可以看铜催化剂特点是

它没有任何一点的碳-碳键裂解的能力

如果用铜催化剂 它活性

选择性是个非常非常好的

但是从能带理论这张表格又可以知道铜的难点是

它的活化氢能力是太低了

另外铜的熔点也太低了

所以这个时候它肯定容易比较容易烧结

所以为了提高它的稳定性或提高它的活性

第一个问题

大家可以看下这里面

哪些金属如果来选择金属用于生成合金

来提高它的活化能力

这种依据是选择的这些金属作为它合金化能力

它主要依据是什么呢

还有如果从甘油加氢裂解制丙二醇生成

它是要把羟基活化了

那么这个时候羟基活化 我们知道醇的脱水

酸算是非常好的催化剂

所以在文献里面会报道有人会用到氧化铝作为活性

作为活性组分和高度分散的载体

我们还知道氧化铝有个重要的特点是

还可以做结构型的助剂来延缓铜的烧结

另外也有人 用氧化铬

氧化铬 它最主要作用起结构型的助剂的作用

把铜给进行隔离防止它低温烧结

那么也有人提出了一点

甘油既然是羟基脱水是酸催化反应

那么酸性会存在 就会发生碳-碳键裂解

那么用氧化铝是不是不合适的 应该采用氧化镁

氧化镁可以抑制它碳-碳键的裂解

前面还给大家讲过就氧化镁

它可能在碱性催化条件下它也可以活化

因为酸碱催化是可逆的

所以碱催化剂也有可能会活化甘油分子

所以这样可以思考一下氧化镁

氧化铝和氧化铬作为铜载体

刚才说的各有它的优点

缺点是什么

如果要用工业化催化剂

应该选择什么样的载体

大家可以思考一下

可以首先来看一下第一个问题应该采用什么样的金属作为合金

实际上要回答第一个问题首先应该回答的是

第二个问题它的依据

首先要进行工业催化剂开发 反反复复强调的是

要进行的热力学的计算

算热力学最本质的原因是

为了得到有经济效益的产物

所以要得到丙二醇 都要想收率是关键

那铜你要提高它的活性 如果选择性下降

那么也没有用

收率可能下降 所以说要在保证

保证选择性基础上来提高活性

所以这里面影响活性的最关键因素

白色的柱子 碳-碳键

如果要生成合金非得要在这所有的金属里面找

很简单 会想肯定是尽量不要去找

找这白色柱子太高的金属

镍催化剂 钌催化剂还有铱催化剂

还有铑催化剂等等钴催化剂

这个时候可能会想到可能最好的是铂和钯作为催化剂

在文献里面可以发现

铂催化剂还有个特点

它有时候可以得到

不仅得到1,2-二丙二醇还可以得到1,3-丙二醇

附加值更高

所以很容易通过这种基础研究

大家看到从基础研究的角度上讲

可以很容易得到

适合的合金应该选择的 是钯和铂

再来看第三问题

你觉得应该采用什么样的载体

要知道刚才说的问题

最重要是要提高它的选择性

要保证它选择性

那么很显然用氧化铝是不太合适的

如果载体有酸性它会发生碳-碳的裂解

同时有人可能会说那氧化镁那可能就会更好

但是要知道

铜催化剂的特点 它还有个烧结问题

真正能够实现它工业化 要保证它

它不会发生烧结 能够稳定长周期的运行

所以从这方面讲话 肯定需要结构助剂

如果氧化铝对选择性不好

可能就选择氧化铬催化剂

所以这是我们对这个讨论题的解释

希望大家通过我们的阐述去思考一下

实际上很多时候 如何来应用基础研究的结果

来指导工业催化剂的开发

如果你没仔细去读文献 思考

特别结合催化作用的基本概念

实际上可以得到很多的启发

第二章的内容到此时就基本上讲完了

结课之前先给大家说一下

第一章和第二章的内容

很多部分内容如果在课件里面没有

引用它的出处 实际上很多参考了天津大学的

陈吉祥和张立红两位教授的

催化剂工程和催化剂设计的课件

还有已经退休的学校的沈志虹教授的

催化剂设计与制备课件的部分内容

在此进行说明 感谢

同时 很多的课件材料

也是引用很多经典的催化的教科书

比如陈老师写了《催化作用原理》

还有王桂茹老师编写的《催化剂与催化作用》

还有甄开吉老师写的 催化作用基础

还有黄仲涛老师写的 工业催化

还有李玉敏老师的 工业催化原理

还有廖代伟的 催化科学导论

或多或少会采用了这些书籍里面的图和表来解释问题

也在此表示感谢 具体的在文中

关于催化基本概念的讨论或论述 实际上在刚刚出版的

能源转化催化原理 的教科书里也已经有所涉猎

很多的基本概念的解释

都在这本教科书里面可以看到

大家感兴趣也可以去参考

以上是第二章的内容

接下来会大家介绍一下第三章的内容

是关于催化剂的制备的基础知识