催化作用原理第二章

1、多相催化反应是在物相不同的反应物和催化剂的两相界面上进行的。

2、多相催化的反应步骤：反应物A由气相主体扩散到颗粒外表面（反应物外扩散）、反应物A由外表面向孔内扩散，到达活性中心（反应物内扩散）、A的吸附、A在吸附活性中心反应生成B、B的脱附、产物B由内表面扩散到外表面（产物内扩散）、产物B由颗粒外表面扩散到气相主体（产物外扩散）。其中，3/4/5过程属于表面反应，反应物和产物的内外扩散属于物理过程，反应物分子在催化剂表面的化学吸附、表面化学反应以及产物的脱附属于化学过程。（七步）

3、多相催化的反应步骤：反应物分子从催化剂周围的介质向催化剂表面以及孔内扩散、反应物分子在催化剂表面和孔内活性中心上吸附、被吸附的反应物分子与催化剂表面以及孔内的活性中心相互作用进行化学反应、反应产物从催化剂表面和孔内活性中心上脱附、反应产物离开催化剂表面以及孔内向催化剂周围的介质扩散，1/5是反应物和产物的扩散过程，属于传质过程，2/3/4属于表面进行的化学过程，也叫化学动力学过程。（五步）

4、多相催化反应中的物理过程：内外扩散过程，为充分发挥催化作用，要尽量消除扩散过程的影响。

5、消除内外扩散阻力的方法：提高空速（外扩散）；减小催化剂颗粒尺寸、增大催化剂孔隙直径（内扩散）；

6、反应物分子在催化剂表面的吸附：分为物理吸附和化学吸附。物理吸附是由表面质点和吸附分子之间的分子力而引起的。具体是由永久偶极、诱导偶极、色散力等三种范德华引力引起的。化学吸附是由催化剂表面质点与吸附分子间的化学作用力而引起的，是由化学键力引起的。

7、物理吸附与化学吸附区别：

1）物理吸附：吸附力是范德华力、吸附层是单层或多层、选择性是无、热效应是较小、吸附速率是较快。

2）化学吸附：吸附力是化学键力、吸附层是单层、选择性是有、热效应是较大、吸附速率是较慢。

8、如何鉴别物理吸附和化学吸附？

答：物理吸附只能使原吸附分子的特征吸收带产生位移变化和强度变化，若出现了新的特征吸收带或光电子能谱发生明显变化，就表示发生了化学吸附。

9、多相催化反应的控制步骤：

1）扩散控制：当催化反应为扩散控制时，催化剂的活性无法充分显示出来，此时需要改善催化剂的颗粒大小和微孔构造，才能提高催化效率；

2）化学反应控制：催化反应若为动力学控制时，从改善催化剂组成和微观结构入手，可以有效地提高催化效率，特别是反应温度和压力对催化反应的影响比对扩散过程的影响要大。

10、化学吸附态：一般是指分子或原子在固体表面进行化学吸附时的化学状态、电子结构等。

11、化学吸附种类：吸附粒子状态是解离与非解离；吸附中心状态：单点与多点；

12、吸附作用基本概念：

1）当气体与固体接触时，固体表面上气体的浓度大于气相浓度，这种现象称之为吸附现象；

2）被吸附的气体称之为吸附质；

3）吸附气体的固体称之为吸附剂；

4）吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称之为吸附态；

5）通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这类位置称之为吸附中心或吸附位；

6）吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物；

7）吸附质浓度在吸附剂上增加的过程，称之为吸附过程；

8）吸附质浓度在吸附剂上减少的过程，称之为脱附过程；

9）当吸附过程速率与脱附过程速率相等时，这样的状态称之为吸附平衡；

13、物质吸附态举例：氢的吸附、一氧化碳吸附、氮的吸附、氧的吸附、烯，炔，芳烃的吸附态；

14、化学吸附在多相催化反应中的应用：火山型原理。

15、吸附等温方程：是指在一定温度下，吸附达到平衡时，吸附量与吸附压力之间的函数关系式。

16、由于采用吸附模型不同，吸附等温方程可分为：

1）Langmuir（朗格缪尔）吸附等温方程；

2）Freundlich（弗伦德利希）吸附等温方程；

3）Temkin(乔姆金)吸附等温方程；

4）BET吸附等温方程；

吸附等温方程所对应的曲线称为吸附等温线。

17、Langmuir（朗格缪尔）吸附等温方程，其基本假设如下：

1）吸附是单层的，每个吸附分子只占一个吸附位；

2）吸附剂表面是均匀的，所有部位的吸附能力都相同；

3）吸附分子之间无相互作用；

4）吸附过程与脱附过程已建立平衡；

18、Langmuir（朗格缪尔）吸附等温方程：

对单分子气体在表面吸附达到平衡时：

θ=aP/1+aP（表面覆盖率θ=已被吸附质所覆盖的固体表面积/固体总的表面积）

θ=V/Vm，V-平衡吸附量，Vm饱和平衡吸附量

P/V=P/Vm+1/aVm，其中，a称为吸附平衡常数，反映出固体表面吸附气体能力的强弱程度。 r(吸附)=Kap( 1-θ)

r(脱附)=Kdθ

ra=ka pA· (1-θA- θB )

rd=kd· θA

当吸附达到平衡时：

解以上两式, 可得A和B气体分子的表面覆盖度与平衡分压的关系式:

当有多种气体在同一表面发生竟争吸附时, i 气体分子的表面覆盖度与平衡分压的关系式为：

19、BET等温吸附方程：

对于物理吸附的多分子层理论，其基本假设为：

1）吸附剂表面是均匀的，所有部位的吸附能力都相同；

2）吸附剂表面和气体分子的作用力是van der WaaIs引力；

BET吸附等温方程：

20、等温吸附方程：

21、吸附等温线：对于给定的物系，在温度恒定和达到吸附平衡时，吸附量与压力的关系称之为吸附等温式或吸附平衡式，绘制的曲线称之为吸附等温线。当达到吸附平衡时（吸附与脱附速率相同，催化剂表面上吸附的气体量维持不变）。

22、对于一定的吸附剂与吸附质的体系，达到吸附平衡时，吸附量是温度和吸附质压力的函数，即：V=f(T,p)；

(1) T=常数，V = f (p)，得吸附等温线。

(2) p=常数，V = f (T)，得吸附等压线。

(3) Va =常数，p = f (T)，得吸附等量线。

23、物理吸附等温线类型：

1）I型等温线：对含有微孔的活性炭、硅胶、分子筛等适用。

2）II型等温线：S型等温线，吸附剂孔径不同，发生多分子层吸附。

24、吸附动力学：

1）吸附速率：

va = σPf(θ)e-Ea(θ) RT

2πmkT

2）脱附速率：

/

vd ''e-Ed(θ) RT/