催化劑材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用ppt下載

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這是催化劑材料在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用ppt，包括了概述，固體酸催化劑，納米材料催化劑，手性催化劑，生物催化劑，離子液體，無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合材料等內(nèi)容，歡迎點(diǎn)擊下載。

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新材料催化技術(shù)及應(yīng)用pch紅軟基地

概述

固體酸催化劑

納米材料催化劑

手性催化劑

生物催化劑

離子液體

無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合材料

一、概述

二、固體酸催化劑

固體酸：一般來(lái)說(shuō)，就是指能使指示劑變色的固體。嚴(yán)格地說(shuō)，是指能給出質(zhì)子（B酸）或能接受孤電子對(duì)（L酸）的固體。

催化功能來(lái)源于固體表面上存在的具有催化活性的酸性部位，稱(chēng)酸中心。它們多數(shù)為非過(guò)渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能不同于含過(guò)渡元素的氧化物催化劑。這類(lèi)催化劑廣泛應(yīng)用于離子型機(jī)理的催化反應(yīng)，種類(lèi)很多。

固體酸催化劑的性質(zhì)

與固體酸的催化行為有重要關(guān)系的性質(zhì)是酸中心、酸強(qiáng)度和酸度。

①表面上的酸中心可分為B-酸與L-酸，有時(shí)還同時(shí)存在堿中心。可用下式示意地表示氧化鋁表面上的酸中心的生成：

②酸強(qiáng)度，可用哈梅特酸強(qiáng)度函數(shù)H0來(lái)表示固體酸的酸強(qiáng)度，其值愈小，表示酸強(qiáng)度越高。

③酸度，用單位重量或單位表面積上酸中心的數(shù)目或毫摩爾數(shù)來(lái)表示，又稱(chēng)酸度。

固體酸的類(lèi)型

1、固載化液體酸

此類(lèi)催化劑的優(yōu)點(diǎn)是催化效率高，但反應(yīng)后液體酸催化劑分離困難，副產(chǎn)物也比較多；將其固載后使用，一定程度上解決了催化劑的分離問(wèn)題，但反應(yīng)過(guò)程中活性組分會(huì)不斷流失，催化劑使用壽命短。此外，嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題也難以解決。

3 硫化物

最近20年來(lái)，以硫離子合成微孔結(jié)構(gòu)非氧化合物的研究工作逐漸開(kāi)展起來(lái)，這類(lèi)化合物的特殊結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其奇特的物理、化學(xué)性能，如超導(dǎo)、非線性光學(xué)及催化性能，逐漸成為固體化學(xué)一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。微孔復(fù)合金屬硫族化合物在催化、離子交換等方面具有應(yīng)用價(jià)值，而且因其獨(dú)特的光電性能，在半導(dǎo)體、光電導(dǎo)體、非線性光學(xué)等方面具有應(yīng)用前景，因此成為十分活躍的研究領(lǐng)域。

5 沸石固體酸

沸石固體酸是工業(yè)催化劑的重要種類(lèi)，具有高的酸強(qiáng)度和催化活性.

8 粘土礦

榮峻峰等采用高比表面積、高孔隙率的凹凸棒石粘土微球作為載體，制備了高效球形催化劑，并研究了其乙烯聚合反應(yīng)，得到了比較好的結(jié)果。

9 固體酸超強(qiáng)酸

SO42- ／MX OY型固體超強(qiáng)酸是一種經(jīng)典的固體酸，它是以某些金屬氧化物(MX OY)為載體，以SO42-為負(fù)載物的固體催化劑。

SO42- ／MX OY型固體超強(qiáng)酸具有以下優(yōu)點(diǎn)：

① 對(duì)水穩(wěn)定性很好，如SO42- - ／ZrO2在空氣中長(zhǎng)時(shí)間放置后，只需加熱1小時(shí)將表面吸附的水除去即可恢復(fù)活性。

② 其表面吸附的SO42- -與載體表面結(jié)合很穩(wěn)定，即使水洗也不易除去。

③ 能在高溫下使用。

④其腐蝕性很小。

由于SO42- ／MX OY型固體超強(qiáng)酸的上述優(yōu)點(diǎn)，其在酯合成上的應(yīng)用研究也是廣泛而深入。

利用固體酸催化的生產(chǎn)過(guò)程

傳統(tǒng)酸催化劑和固體酸催化劑比較

發(fā)展方向

弄清超強(qiáng)酸性和催化活性產(chǎn)生的機(jī)理和規(guī)律從理論上指導(dǎo)合成和制備各種高性能的固體酸催化劑，在應(yīng)用研究上則根據(jù)工業(yè)化生產(chǎn)的要求提高使用壽命和拓展使用范圍。

很多固體酸在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中容易失活，因此需制備一種穩(wěn)定性能高的固體酸。

從催化劑的源頭出發(fā)，研究其合成規(guī)律，并開(kāi)發(fā)出一種具有普遍酸催化作用的催化劑，擴(kuò)大固體酸催化劑的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

三、納米材料催化劑

四、手性催化劑

金屬絡(luò)合手性催化劑

高分子手性催化劑

金屬絡(luò)合手性催化劑

優(yōu)點(diǎn)：

1、反應(yīng)收率高

2、適用范圍廣

3、可負(fù)載于高聚物載體上，方便回收利用

手性配體應(yīng)具備的條件：

1、手性中心形成時(shí)，配體易于金屬離子配合，不形成溶劑效應(yīng)。

2、催化劑活性不因引入配體而降低

3、配體易修飾，可合成多用途產(chǎn)物

常用手性配體：

手性磷化物、胺類(lèi)、醇類(lèi)、酰胺類(lèi)、羥基氨基酸類(lèi)、二肟類(lèi)、亞砜類(lèi)、環(huán)戊二烯類(lèi)和冠醚類(lèi)等

反應(yīng)示例

催化不對(duì)稱(chēng)加氫反應(yīng)

催化不對(duì)稱(chēng)環(huán)丙烷化反應(yīng)

催化不對(duì)稱(chēng)氧化反應(yīng)

催化不對(duì)稱(chēng)碳碳鍵形成反應(yīng)

催化Diels-Alder反應(yīng)

催化不對(duì)稱(chēng)加氫反應(yīng)

以金屬絡(luò)合物為手性催化劑的不對(duì)稱(chēng)加氫反應(yīng)是已取得良好成果的領(lǐng)域，最引人注目的是在Rh / 膦絡(luò)合物催化條件下，從a –�；被┧岢霭l(fā)合成光學(xué)活性氨基酸�！　�

目前，某些Rh/膦絡(luò)合物催化劑已用于合成酪氨酸、色氨酸、亮氨酸等多種氨基酸，有的還用于合成脫水二膚。

在手性Cu 、Co、Rh催化劑作用下，烯烴與重氮醋酸酚反應(yīng)脫氮可得到手性環(huán)丙烷類(lèi)化合物。它是一些天然產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)，大多數(shù)擬除蟲(chóng)菊酷都有此類(lèi)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用手性銅催劑(S)- 7644 催化下進(jìn)行分子內(nèi)的卡賓不對(duì)稱(chēng)加成環(huán)化，簡(jiǎn)便易行地得到高光學(xué)收率的雙環(huán)內(nèi)酯。

手性 Schiff 堿金屬絡(luò)合物

催化劑是不對(duì)稱(chēng)環(huán)丙烷化

反應(yīng)中最早也是研究最為

廣泛的一類(lèi)催化劑。目前，

主要從兩個(gè)方面對(duì)手性Schiff

堿金屬催化劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造:

(1)水楊醛上引入取代基; (2)手性胺的選擇。

其他催化反應(yīng)類(lèi)型

手性金屬絡(luò)合物催化劑反應(yīng)收率較高，只要保證高的立體選擇性，就能獲得理想的催化劑。

且金屬能催化的反應(yīng)較多，將不同的金屬與配體相互組合，可得到種類(lèi)繁多的絡(luò)合物催化劑，適用范圍廣。

金屬絡(luò)合催化劑在不影響催化能力的前提下，可固定于高聚物載體上，為其回收和利用提供了方便。

手性金屬絡(luò)合物催化劑還可用于不對(duì)稱(chēng)Baeyer-Villiger反應(yīng)、烯烴的異構(gòu)化反應(yīng)、氫硅化反應(yīng)、不對(duì)稱(chēng)環(huán)氧化反應(yīng)[1，3，5，6]、催化C， N- 二苯基硝酮環(huán)加成反應(yīng)，部分金屬如Al、Ti 等還以L 堿的形式催化Diels -Alder反應(yīng)、氫氰化反應(yīng)等中。

此外金屬配合物作為DNA 結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的探針一直以來(lái)也是比較活躍的研究領(lǐng)域。

高分子手性催化劑

高分子手性催化劑是把手性配體通過(guò)共價(jià)鍵嫁接到作為載體的高分子上，與中心原子或離子絡(luò)合形成的手性催化劑。

兼具有均相和多相催化劑的優(yōu)點(diǎn)。

不腐蝕設(shè)備，容易從產(chǎn)品中分離與回收

缺點(diǎn)是對(duì)溫度、介質(zhì)較敏感，穩(wěn)定性差

高分子金屬絡(luò)合物催化劑的分類(lèi)

非交聯(lián)的高分子金屬絡(luò)合物在催化反應(yīng)體系中往往溶解而成均相，稱(chēng)為均相高分子金屬絡(luò)合物催化劑。

交聯(lián)的高分子金屬絡(luò)合物在催化反應(yīng)體系中只溶脹而不溶解，往往以固相存在，故稱(chēng)為非均相或多相高分子金屬絡(luò)合物催化劑。

五、生物催化劑

生物催化的優(yōu)點(diǎn)：

1、反應(yīng)條件溫和，PH值一般為4~9，溫度10℃~60℃

2、高效

3、立體選擇性

4、專(zhuān)一性

5、環(huán)境友好

6、操作安全易控制和可取代強(qiáng)堿等化學(xué)品。

生物催化劑的固定化

生物催化劑固定化技術(shù)就是通過(guò)化學(xué)或物理的方法將生物催化劑約束在特定的空間范圍內(nèi)，使其保持一定的催化性能并可被連續(xù)重復(fù)使用。

新型固定化技術(shù)：膜固定法；凝膠-凝膠固定法；超微載體固定法；絮凝吸附固定法；偶合固定法和聯(lián)合固定法等

生物催化劑發(fā)展前景

生物催化劑，即工業(yè)制劑，該類(lèi)產(chǎn)品的研制及生產(chǎn)，是一次科技含量很高的生物工程產(chǎn)業(yè)。進(jìn)入90年代以來(lái)，毒副作用小、生物利用度高的手性藥物(光學(xué)純藥物)發(fā)展速度極其迅速，市場(chǎng)年銷(xiāo)售額已超過(guò)百億美元。與此同時(shí)，生產(chǎn)手性藥物必不可少的生物催化劑生產(chǎn)也迅速崛起，成為一項(xiàng)充滿活力的新興高科技產(chǎn)業(yè)。在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，品種繁多的新型生物催化劑品種應(yīng)運(yùn)而生。其中，氨轉(zhuǎn)移酶、亮氨酸脫氫酶、青霉素�；浮⒘字�、氨化酶、氨多肽酶、固定化大腸桿菌、氧化脫鹵素酶、乙酰脲酶、蛋白酶、熱解酶等新型生物催化劑，已投入工業(yè)化批量生產(chǎn)并大量用于生產(chǎn)從抗生素到氨基酸、手性胺等一系列重要原料藥產(chǎn)品。

生物催化劑在化工中的應(yīng)用

微生物法生產(chǎn)丙烯酰胺

生物石油技術(shù)

在染整加工中的應(yīng)用

六、離子液體

離子液體的定義與發(fā)現(xiàn)

離子液體的組成和結(jié)構(gòu)

離子液體的性質(zhì)與制備

離子液體在催化中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)外的研究狀況

離子液體應(yīng)用還存在的問(wèn)題

離子液體的定義與發(fā)現(xiàn)

離子液體是一類(lèi)在室溫或室溫附近溫度下呈液體的由離子構(gòu)成的物質(zhì)，又稱(chēng)為室溫離子液體（ room temperature ionic liquid)、室溫熔融鹽（room temperature molten salts).

離子液體的組成和結(jié)構(gòu)

陽(yáng)離子

烷基季銨離子[NRxH4-x]+，烷基季鏻離子[ PRxH4 -x ]+，

1，3-二烷基取代咪唑離子[R1R2im]， N-烷基取代的吡

啶離子[Rpy] +。

陰離子

AlCl4-，BF4-，SbF6-，CuCl2-，CF3SO3-，Al2Cl7-

離子液體的性質(zhì)與制備

(1)液態(tài)溫度區(qū)間大，可達(dá)800℃，[bmim][BF4]，

液態(tài)區(qū)間是-71℃~256℃（水是100℃，氨只有44℃）。這使得較大程度動(dòng)力學(xué)上的控制成為可能。由于熔點(diǎn)在室溫附近還避免了分解、歧化等副反應(yīng)。

(2)溶解范圍廣，可溶解許多無(wú)機(jī)、有機(jī)、有機(jī)金屬、高分子材料。非常驚人的是，離子液體居然可以溶解由共價(jià)鍵結(jié)合的化合物，且溶解度大。

(3) 沒(méi)有顯著的蒸氣壓，可用于高真空體系。

(4) 穩(wěn)定，不易燃，可傳熱，可流動(dòng)。

(5)離子液體表現(xiàn)出Bronsted、Lewis酸性和超酸性，且酸性可調(diào)。

(6)離子液體可提供高極性不配位的環(huán)境。

離子液體的制備

復(fù)分解方法

甲醇中

（丙酮中，要求在干燥的Ar氣氛中操作）

酸堿中和法

離子液體在催化中的應(yīng)用

綠色高效溶劑或催化劑

應(yīng)用：

–烯烴二聚、

–雙烯加氫疊合、

–烯烴歧化、

–烷基化、

–Diels-Alder反應(yīng)、

–氫甲�；磻�(yīng)

–Heck反應(yīng)

國(guó)內(nèi)外的研究狀況

1999年4月20日， Belfast Queen’s University成立離子液體研究中心，得到BP Amoco， Chevon， Du Pont， Exxon， UOP等十七家國(guó)際著名的石油化工公司的資助

北大西洋工約組織于2000年在希臘克里特島召開(kāi)有關(guān)離子液體的專(zhuān)家會(huì)議

歐洲委員會(huì)有一個(gè)離子液體的三年計(jì)劃，有英國(guó)、德國(guó)、荷蘭等國(guó)的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司參加，計(jì)劃建立三個(gè)中試實(shí)驗(yàn)廠。

日本、韓國(guó)也正在大力研究開(kāi)發(fā)

離子液體應(yīng)用還存在的問(wèn)題

價(jià)格

使用過(guò)程中的活性

產(chǎn)品分離難易程度

熱量傳遞和物質(zhì)傳遞問(wèn)題

循環(huán)和重復(fù)使用次數(shù)

工業(yè)放大問(wèn)題

安全性問(wèn)題

七、有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料

定義

有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的特點(diǎn)

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的分類(lèi)

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用前景

復(fù)合材料是指結(jié)合兩種或兩種以上不同有機(jī)、無(wú)機(jī)相的物質(zhì)以物理方式結(jié)合而成，擷取各組成成分的優(yōu)點(diǎn)，以構(gòu)成需要之結(jié)構(gòu)材。往往以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復(fù)合后的新材料具有有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，并且可以在力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和生物學(xué)等方面賦予材料許多優(yōu)異的性能，正在成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)合材料的特點(diǎn)

復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。

例如：碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。

纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。

例如：以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料的分類(lèi)

有催化作用

– 酸催化材料

– 負(fù)載絡(luò)合金屬催化材料

無(wú)催化作用

– 光學(xué)材料

– 電子材料

– 磁性材料

– 機(jī)械材料

– 生物材料

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用前景

復(fù)合材料作為最新發(fā)展起來(lái)的一大類(lèi)新型材料，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了極大的推動(dòng)作用。對(duì)航空航天事業(yè)的影響尤為顯著。復(fù)合材料的發(fā)展近幾十年來(lái)極為迅速。從最早出現(xiàn)的宏觀復(fù)合材料，如水泥與砂石、鋼筋復(fù)合而成的混凝土，到隨后發(fā)展起來(lái)的微觀復(fù)合材料：聚合物基、金屬基和無(wú)機(jī)非金屬材料基復(fù)合材料。

有機(jī)一無(wú)機(jī)復(fù)合材料作為一種新型材料，在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、航天宇航和生物仿生等領(lǐng)域表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，需要人們對(duì)其結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系作更深入的研究和了解。

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