Книга предназначена для студентов, аспирантов и преподавателей химических и химико-технологических вузов, а также для специалистов, работающих в области гетерогенного катализа.
От переводчика
Гетерогенный катализ играет решающую роль во многих отраслях промышленности — химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической, медицинской и пищевой. Широким фронтом ведутся исследования фундаментальных проблем катализа и работы, направленные на совершенствование отдельных катализаторов. В результате с каждым годом возрастает объем информации о катализаторах и каталитических процессах, а следовательно, и количество посвященных этому важнейшему вопросу монографий. Известно немало книг, охватывающих лишь некоторые каталитические процессы или какой-то один класс катализаторов. Наряду с такими монографиями необходимо издавать также небольшие по объему вводные курсы катализа. Именно они помогут читателю, впервые знакомящемуся с этой областью науки, не утонуть в подробностях, а специалисту— оценить возможности новых методов исследования катализаторов и каталитических реакций, сопоставить область, в которой он работает, с другими областями.
Настоящая книга посвящена физико-химическим аспектам гетерогенного катализа. Изложение материала ведется в логической последовательности — от основных понятий к методам изучения поверхности катализатора и адсорбированных частиц, от этих данных и кинетики гетерогенно-каталитических реакций к представлениям об их механизмах и природе активных центров катализаторов. Все эти вопросы рассматриваются главным образом на примерах промышленно важных катализаторов и каталитических процессов.
В книге отражены результаты исследований самих авторов, а в основе удачного подбора излагаемого материала и четкого его представления лежит многолетний опыт чтения курса лекций по гетерогенному катализу в Высшей технической шко-
Содержание
От переводчика ..................... 5
Предисловие к русскому изданию.............. 7
Предисловие ...................... 8
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ .................. 9
Глава 2. ПОВЕРХНОСТЬ, ПОРИСТОСТЬ И ТЕКСТУРА..... 16
2.1. Удельная поверхность............... 16
2.2. Пористость и текстура............... 21
2.3. Определение площади поверхности компонентов катализаторов на носителях................ 25
Глава 3. АДСОРБЦИЯ И ХЕМОСОРБЦИЯ.......... 27
3.1. Теплоты адсорбции................ 28
3.2. Изотермы адсорбции ............... 33
3.3. Исследование физических и химических процессов при хемо-сорбции.................... 34
3.3.1. Инфракрасная спектроскопия............ 34
3.3.2. Ультрафиолетовые и видимые спектры......... 36
3.3.3. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса . . 36
3.3.4. Ионная и электронная микропроекция......... 37
3.3.5. Термодесорбция ................. 37
3.3.6. Исследования дифракции медленных электронов ..... 38
3.3.7. Фотоэлектронная спектроскопия......-..... 40
3.3.8. Другие методы исследования............ 42
Глава 4. СКОРОСТЬ ГЕТЕРОГЕННО-КАТАЛИТИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ..................... 43
4.1. Введение и Спределение.............. 43
4.2. Поверхностная реакция как лимитирующая стадия .... 46
4.2.1. Мономолекулярная реакция А—>-R.......... 46
4.2.2. Бимолекулярные реакции А+В—>-R......... 48
4.2.3. Энергия активации реакции на поверхности....... 50
4.3. Кинетическое уравнение Хоугена — Уотсона....... 51
4.4. Принцип стационарности.............. 53
4.5. Степенные кинетические уравнения.......... 54
4.6. Получение кинетических данных........... 55
4.6.1. Лабораторные реакторы.............. 55
4.6.2. Анализ кинетических данных............ 57
4.6.2.1. Дифференциальный метод ............. 58
4.6.2.2. Интегральный метод ............... 61
4.6.3. Линейное соотношение свободных энтальпий...... 62
4.6.4. Сравнение величин каталитической активности. Компенсационный эффект .................. . 63
Глава 5. ДИФФУЗИЯ И РЕАКЦИЯ............. 66
5.1. Внешняя диффузия............... . 66
5.1.1. Аксиальная диффузия............... 68
5.1.2. Распределение потока в насыпном слое катализатора ... 68
5.2. Внутренняя диффузия............... 69
5.2.1. Молекулярная диффузия.............. 69
5.2.2. Кнудсеновская диффузия.............. 70
5.2.3. Поверхностная (фольмеровская) диффузия ...... 71
5.2.4. Диффузия в порах, диаметр которых -соизмерим с диаметром молекул................... 72
5.3. Влияние диффузии на скорость реакций........ 72
5.3.1. Влияние диффузии на порядок реакции........ 74
5.3.2. Влияние диффузии на экспериментально определяемую энергию активации................. 75
5.3.3. Влияние диффузии на селективность......... 75
5.4. Критерии оценки влияния внутренней диффузии..... 77
5.5. Градиент температуры внутри зерна катализатора .... 78
Глава 6. КАТАЛИЗ НА ТВЕРДЫХ ОКСИДАХ
С КИСЛОТНЫМИ СВОЙСТВАМИ ПОВЕРХНОСТИ ... 79
6.1. Функциональные группы поверхности оксидов...... 79
6.1.1. Поверхностные группы на SiCb........... 79
6.1.2. Поверхностные группы на А12О3........... 83
6.2. Кислотные центры оксидных катализаторов....... 83
6.2.1. Оксид алюминия................. 83
6.2.2. Рентгеноаморфные алюмосиликаты.......... 84
6.2.3. Цеолиты..................... 86
6.3. Функциональные группы и катализ .......... 90
Глава 7. ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ КАТАЛИЗА НА МЕТАЛЛАХ
И ПОЛУПРОВОДНИКАХ ............. 98
7.1. Теорця валентной связи металлов.......... 98
7.2. Зонная модель металлов.............. 100
7.2.1. -Описание металлического состояния с помощью зонной модели ..................... 100
7.2.2. Теория Даудена.................. 102
7.3. Зонная модель полупроводника........... 103
7.4. Применение современных представлений теории химической связи к проблеме адсорбции и катализа........ 109
7.5. Сплавы как катализаторы ............. 112
Глава 8. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В ГЕТЕРОГЕННОМ КАТАЛИЗЕ .......... 115
8.1. Геометрический фактор............. . 115
8.2. Энергетический фактор .............. 121
Глава 9. НЕКОТОРЫЕ КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ..... 125
9.1. Изомеризация ароматических углеводородов GS ..... 125
9.2. Селективное окисление. Окисление о-ксилола...... 130
9.3. Синтез аммиака................. 134
9.4. Гидрохлорирование ацетилена............ 139
9.5. Бифункциональные катализаторы .......... 142
9.5.1. Природа действия бифункциональных катализаторов . . . 142
9.5.2. Реакции реформинга ............... 144
Литература .................. 152
Общая литература..................155
Дополнительная литература.............,.156
Обозначения....................., 157
Цена: 150руб.
