《气固相催化反应本征动力学PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《气固相催化反应本征动力学PPT课件.ppt（37页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、1,第四章 气固相催化反应本征动力学,催化剂,催化反应机理,本征的反应速率,2,对于气固相催化反应，由于反应在异相进行，存在本征动力学和宏观动力学之分，其区别在于有无传递过程的影响。 本征动力学： 即微观动力学，是指排除流动、传质、传热等传递过程影响条件下的反应动力学，描述化学反应本身的规律。 宏观动力学：即表观动力学，是指反应器传递过程影响下的反应动力学。,3,4.1 气固相催化过程,反应物和产物均为气相，催化剂为固相。 催化剂参与反应，但在反应过程中不消耗。 催化剂的加入可以改变反应速率。 催化剂的加入，不能改变反应的平衡。催化剂同时改变正逆反应的速率。,4,催化剂可以在复杂的反应系统，有
2、选择地加速某些反应。 同样的反应物 在不同催化剂 的作用下可以 生成不同的产 品。 如果希望催化剂充分发挥作用，应当尽可能增加反应物与催化剂的接触。,5,非均相催化反应速率表达,对于均相反应，已经定义： 由于气固相催化反应发生在催化剂表面，而且催化剂的量对于反应的速率起着关键的作用，因此，反应速率不再由反应体积来定义，而改由催化剂体积来定义。,6,1、以催化剂体积定义反应速率 2、以催化剂质量定义反应速率 3、以催化剂内表面积定义反应速率,？,?,7,固体催化剂的特殊结构，造成化学反应主要在催化剂的内表面进行。 催化剂的表面积绝大多数是内表面积。,8,气固相催化反应的七个步骤 1. 反应物由气
3、流主体扩散到催化剂外表面 2. 反应物由催化剂外表面扩散到内表面 3. 反应物在催化剂表面活性中心上吸附 4. 吸附在活性中心的反应物进行化学反应 5. 产物在催化剂表面活性中心上脱附 6. 产物由催化剂内表面扩散到外表面 7. 产物由催化剂外表面扩散到气流主体,9,三个过程 1,7为外扩散过程 2,6为内扩散过程 3,4,5为化学动力学过程 针对不同具体情况，三个过程进行的速率各不相同，其中进行最慢的称为控制步骤，控制步骤进行的速率决定了整个宏观反应的速率。,10,4.2 固体催化剂,活性组分（较高的催化活性，选择性和抗毒性）,助剂（增强催化剂的功能，提高催化效率）,载体（较高强度，比表面）
4、,固体催化剂的组成,11,活性组分 以金属为主，根据不同的用途，有金属氧化物及硫化物等。 一个成功的催化剂往往是主催化剂和助催化剂及载体的完美结合。 活性组分的选择，根据目前的知识水平只能有一个大致的方向，尚不能预先选择。,12,助催化剂 本身不具活性或活性很小，但能改变催化剂的部分性质 加入的量小，增加催化活性，增加选择性，延长催化剂寿命 Example：合成氨的铁触媒里，常加入少量铝和钾的氧化物，以使铁的催化活性增大10倍，并延长寿命。,13,载体 以多孔物质为主，如硅藻土、三氧化二铝等。 根据不同的需要，有不同的孔径和比表面。 强度高，是对所有载体的要求。,14,催化剂的比表面积、孔体积
5、、孔体积分布,15,16,孔体积分布(孔径分布) 催化剂是多孔物质，其孔的大小是不规则的。不同的催化剂孔大小的分布不同。 只有孔径大于反应物分子的孔才有催化意义。 测定方法： 压汞法 氮吸附法 用压汞法和氮吸附法测定孔径分布及比表面积.pdf,17,孔径分布,分率,孔径,？,18,4.3气固相催化反应本征动力学,本征：完全没有扩散影响的，单纯的反应物及产物在催化剂表面吸附脱附反应过程。其动力学表达为本征动力学。 物理吸附和化学吸附 物理吸附吸附剂与被吸附物靠范德华力结合 化学吸附吸附剂与被吸附物之间可视为发生化学反应,19,20,4.3.1 化学吸附与脱附,化学吸附速率的表达 活性中心：固体催
6、化剂表面能够与气相分子发生反应的原子，以符号表示。 吸附式可以表示为如下型式： A+ A A反应物， 活性中心， A 吸附了反应物的活性中心,21,22,既然吸附过程可以视为化学反应（基元反应），吸附速率式就可以写成：,23,达到平衡时，吸附与脱附速率相等 难于测量，不便应用。可利用吸附模型求得。,24,三种吸附模型,Langmuir 吸附模型 焦姆金吸附模型 弗鲁德里希吸附模型,25,Langmuir 吸附模型,基本假定： 1.催化剂表面活性中心的分布是均匀的； 2.吸、脱附活化能与表面覆盖率无关； 3.每个活性中心只能吸附一个分子； 4.吸附的分子之间互不影响。 满足以上条件的吸附称为理想吸附模型。,26,基于以上假定，对,27,28,29,30,焦姆金（）吸附模型,与Langmuir吸附模型不同， 模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率呈线性关系。即：,31,32,33,34,弗鲁德里希（Freundlich）吸附模型,比焦姆金吸附模型更进一步， Freundlich模型认为吸附及脱附活化能与表面覆盖率并非呈线性关系，而是对数关系。即：,35,36,37,