第一節(jié) 產(chǎn)品定義、性能及應(yīng)用特點(diǎn)

1、定義

根據(jù)IUPAC于1981年提出的定義，催化劑是一種物質(zhì)，它能夠改變反應(yīng)的速率而不改變?cè)摲磻?yīng)的標(biāo)準(zhǔn)Gibbs自由焓變化。這種作用稱為催化作用。涉及催化劑的反應(yīng)為催化反應(yīng)。催化劑會(huì)誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生改變，而使化學(xué)反應(yīng)變快或減慢或者在較低的溫度環(huán)境下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。催化劑在工業(yè)上也稱為觸媒。

煉油催化劑是用于煉油的催化劑，橡膠催化劑是用于橡膠產(chǎn)品生產(chǎn)中的化學(xué)加工過程的的催化劑，而化工催化劑則是用于石油化工產(chǎn)品生產(chǎn)中的化學(xué)加工過程的催化劑。

2、類型

催化劑有三種類型，它們是：均相催化劑、多相催化劑和生物催化劑。

均相催化劑和它們催化的反應(yīng)物處于同一種物態(tài)（固態(tài)、液態(tài)、或者氣態(tài)）。例如：如果反應(yīng)物是氣體，那么催化劑也會(huì)是一種氣體。笑氣（四氧化二氮）是一種惰性氣體，被用來作為麻醉劑。然而，當(dāng)它與氯氣和日光發(fā)生反應(yīng)時(shí)，就會(huì)分解成氮?dú)夂脱鯕?。這時(shí)，氯氣就是一種均相催化劑，它把本來很穩(wěn)定的笑氣分解成了組成元素。

多相催化劑和它們催化的反應(yīng)物處于不同的狀態(tài)。例如：在生產(chǎn)人造黃油時(shí)，通過固態(tài)鎳（催化劑），能夠把不飽和的植物油和氫氣轉(zhuǎn)變成飽和的脂肪。固態(tài)鎳是一種多相催化劑，被它催化的反應(yīng)物則是液態(tài)（植物油）和氣態(tài)（氫氣）。

酶是生物催化劑?；畹纳矬w利用它們來加速體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。如果沒有酶，生物體內(nèi)的許多化學(xué)反應(yīng)就會(huì)進(jìn)行得很慢，難以維持生命。大約在37℃的溫度中（人體的溫度），酶的工作狀態(tài)是最佳的。如果溫度高于50℃或60℃，酶就會(huì)被破壞掉而不能再發(fā)生作用。因此，利用酶來分解衣物上的污漬的生物洗滌劑，在低溫下使用最有效。

3、應(yīng)用

人們利用催化劑，可以提高化學(xué)反應(yīng)的速度，這被稱為催化反應(yīng)。大多數(shù)催化劑都只能加速某一種化學(xué)反應(yīng)，或者某一類化學(xué)反應(yīng)，而不能被用來加速所有的化學(xué)反應(yīng)。催化劑并不會(huì)在化學(xué)反應(yīng)中被消耗掉。不管是反應(yīng)前還是反應(yīng)后，它們都能夠從反應(yīng)物中被分離出來。不過，它們有可能會(huì)在反應(yīng)的某一個(gè)階段中被消耗，然后在整個(gè)反應(yīng)結(jié)束之前又重新產(chǎn)生。

使化學(xué)反應(yīng)加快的催化劑，叫做正催化劑；使化學(xué)反應(yīng)減慢的催化劑，叫做負(fù)催化劑。例如，酯和多糖的水解，常用無機(jī)酸作正催化劑；二氧化硫氧化為三氧化硫，常用五氧化二釩作正催化劑，這種催化劑是固體，反應(yīng)物為氣體，形成多相的催化作用，因此，五氧化二釩也叫做觸媒或接觸劑；食用油脂里加入0.01%～0.02%沒食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸敗，在這里，沒食子酸正丙酯是一種負(fù)催化劑(也叫做緩化劑或抑制劑)。

目前，對(duì)催化劑的作用還沒有完全弄清楚。在大多數(shù)情況下，人們認(rèn)為催化劑本身和反應(yīng)物一起參加了化學(xué)反應(yīng)，降低了反應(yīng)所需要的活化能。有些催化反應(yīng)是由于形成了很容易分解的“中間產(chǎn)物”，分解時(shí)催化劑恢復(fù)了原來的化學(xué)組成，原反應(yīng)物就變成了生成物。有些催化反應(yīng)是由于吸附作用，吸附作用僅能在催化劑表面最活潑的區(qū)域(叫做活性中心)進(jìn)行。活性中心的區(qū)域越大或越多，催化劑的活性就越強(qiáng)。反應(yīng)物里如有雜質(zhì)，可能使催化劑的活性減弱或失去，這種現(xiàn)象叫做催化劑的中毒。

在催化反應(yīng)里，人們往往加入催化劑以外的另一物質(zhì)，以增強(qiáng)催化劑的催化作用，這種物質(zhì)叫做助催化劑。助催化劑在化學(xué)工業(yè)上極為重要。例如，在合成氨的鐵催化劑里加入少量的鋁和鉀的氧化物作為助催化劑，可以大大提高催化劑的催化作用。

催化劑在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中占有極其重要的地位，現(xiàn)在幾乎有半數(shù)以上的化工產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程里都采用催化劑。例如，合成氨生產(chǎn)采用鐵催化劑，硫酸生產(chǎn)采用釩催化劑，乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等三大合成材料的生產(chǎn)中，都采用不同的催化劑。

 第二節(jié) 發(fā)展歷程

世界催化劑的發(fā)展歷程大致可分成4個(gè)時(shí)期：萌芽時(shí)期、奠基時(shí)期、大發(fā)展時(shí)期和更新?lián)Q代時(shí)期。

1、萌芽時(shí)期（20世紀(jì)以前）

催化劑工業(yè)發(fā)展史與工業(yè)催化過程的開發(fā)及演變有密切關(guān)系。1740年英國(guó)醫(yī)生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠，接著，1746年英國(guó)J.羅巴克建立了鉛室反應(yīng)器，生產(chǎn)過程中由硝石產(chǎn)生的氧化氮實(shí)際上是一種氣態(tài)的催化劑，這是利用催化技術(shù)從事工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的開端。1831年P(guān).菲利普斯獲得二氧化硫在鉑上氧化成三氧化硫的英國(guó)專利。19世紀(jì)60年代，開發(fā)了用氯化銅為催化劑使氯化氫進(jìn)行氧化以制取氯氣的迪肯過程。1875年德國(guó)人E.雅各布在克羅伊茨納赫建立了第一座生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的接觸法裝置，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業(yè)催化劑的先驅(qū)。鉑是第一個(gè)工業(yè)催化劑，現(xiàn)在鉑仍然是許多重要工業(yè)催化劑中的催化活性組分。19世紀(jì)，催化劑工業(yè)的產(chǎn)品品種少，都采用手工作坊的生產(chǎn)方式。由于催化劑在化工生產(chǎn)中的重要作用，自工業(yè)催化劑問世以來，其制造方法就被視為秘密。

2、奠基時(shí)期（20世紀(jì)初）

在這一時(shí)期內(nèi)，制成了一系列重要的金屬催化劑，催化活性成分由金屬擴(kuò)大到氧化物，液體酸催化劑的使用規(guī)模擴(kuò)大。制造者開始利用較為復(fù)雜的配方來開發(fā)和改善催化劑，并運(yùn)用高度分散可提高催化活性的原理，設(shè)計(jì)出有關(guān)的制造技術(shù)，例如沉淀法、浸漬法、熱熔融法、浸取法等，成為現(xiàn)代催化劑工業(yè)中的基礎(chǔ)技術(shù)。催化劑載體的作用及其選擇也受到重視，選用的載體包括硅藻土、浮石、硅膠、氧化鋁等。為了適應(yīng)于大型固定床反應(yīng)器的要求，在生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)了成型技術(shù)，已有條狀和錠狀催化劑投入使用。這一時(shí)期已有較大的生產(chǎn)規(guī)模，但品種較為單一，除自產(chǎn)自用外，某些廣泛使用的催化劑已作為商品進(jìn)入市場(chǎng)。同時(shí)，工業(yè)實(shí)踐的發(fā)展推動(dòng)了催化理論的進(jìn)展。1925年H.S.泰勒提出活性中心理論，這對(duì)以后制造技術(shù)的發(fā)展起了重要作用。

3、大發(fā)展時(shí)期（20世紀(jì)30～60年代）

此階段工業(yè)催化劑生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，品種增多。在第二次世界大戰(zhàn)前后，由于對(duì)戰(zhàn)略物資的需要，燃料工業(yè)和化學(xué)工業(yè)迅速發(fā)展而且相互促進(jìn)，新的催化過程不斷出現(xiàn)，相應(yīng)地催化劑工業(yè)也得以迅速發(fā)展。首先由于對(duì)液體燃料的大量需要，石油煉制工業(yè)中催化劑用量很大，促進(jìn)了催化劑生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)進(jìn)步。移動(dòng)床和流化床反應(yīng)器的興起，促進(jìn)催化劑工業(yè)創(chuàng)立了新的成型方法，包括小球、微球的生產(chǎn)技術(shù)。同時(shí)，由于生產(chǎn)合成材料及其單體的過程陸續(xù)出現(xiàn)，工業(yè)催化劑的品種迅速增多。這一時(shí)期開始出現(xiàn)生產(chǎn)和銷售工業(yè)催化劑的大型工廠，有些工廠已開始多品種生產(chǎn)。

 在此階段固體酸催化劑的生產(chǎn)和使用促進(jìn)了固體酸催化劑理論的發(fā)展。為獲得生產(chǎn)梯恩梯炸藥的芳烴原料，1939年美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)油公司開發(fā)了臨氫重整技術(shù)，并生產(chǎn)所需的氧化鉑-氧化鋁、氧化鉻-氧化鋁催化劑。1949年美國(guó)環(huán)球油品公司開發(fā)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)半再生式的固定床作業(yè)的鉑重整技術(shù)，生產(chǎn)含鉑和氧化鋁的催化劑。在這種催化劑中，氧化鋁不僅作為載體，也是作為活性組分之一的固體酸，為第一個(gè)重要的雙功能催化劑。

4、更新?lián)Q代時(shí)期（20世紀(jì)70～80年代）

在這一階段，高效率的絡(luò)合催化劑相繼問世；為了節(jié)能而發(fā)展了低壓作業(yè)的催化劑；固體催化劑的造型漸趨多樣化；出現(xiàn)了新型分子篩催化劑；開始大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)催化劑；生物催化劑受到重視。各大型催化劑生產(chǎn)企業(yè)紛紛加強(qiáng) 研究 和開發(fā)部門的力量，以適應(yīng)催化劑更新?lián)Q代周期日益縮短的趨勢(shì)，力爭(zhēng)領(lǐng)先，并加強(qiáng)對(duì)用戶的指導(dǎo)性服務(wù)，出現(xiàn)了經(jīng)營(yíng)催化劑的跨國(guó)公司。

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