KTXT Chương 1: Tổng quan về KTXT

Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

CHƯƠNG 1

1.1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN XÚC TÁC

TỔNG QUAN VỀ XÚC TÁC

Trong tự nhiên luôn tồn tại chất xúc tác (xúc
tác men – enzyme - trong quá trình điều chế
dấm ăn, rượu etylic).

1.1. Lịch sử phát triển xúc tác
1.2. Đặc điểm chung của tác dụng xúc tác
1.3. Phân loại chất xúc tác
1.4. Các công ty hàng đầu về xúc tác hiện
nay

7/19/2021

1

7/19/2021

Từ thế kỷ 18, người ta đã biết sử dụng xúc tác trong
các phản ứng như:
 Xúc tác H2SO4 trong phản ứng este hóa

Năm 1835, khái niệm về chất xúc tác và quá trình

xúc tác lần đầu tiên được đưa ra (Berzelius):
‘sự tác dụng của các chất có khả năng làm nhanh
phản ứng hóa học nhờ có những lực thần bí nào đó’
Ngày nay, 90% ngành sản xuất cơng nghiệp thuộc
lĩnh vực hóa học dùng xúc tác, lượng sử dụng khoảng
2 triệu tấn/năm trong các lĩnh vực:
• Hóa dầu: phản ứng cracking, reforming,..
• Chất dẻo, polyme
• Hóa dược
• .v.v…

Xúc tác đất sét cho phản ứng dehydro hóa
Xúc tác Pt trong các phản ứng:
• Phân huỷ H2O2
• Oxy hóa CO và hydrocacbon
• Chuyển hóa rượu thành
axit axetic…
7/19/2021

2

3

7/19/2021

1

4

Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

Một số phản ứng xúc tác quan trọng
Phản ứng oxi hóa khử

Các q trình phức hợp trên đa xúc tác

Sản phẩm

Loại xúc tác

SO2 + 1/2O2  SO3
NH3 + O2  NO

H2SO4
HNO3

Pt, V2O5, Fe2O3
Pt, Pd, CoO,..

N2 + 3H2  2NH3
CO + 2H2  CH3OH

Amoniac
Methanol

Fe(K2O, Al2O3, SiO2,..)
ZnO + Cr2O3 + CuO + K2O

1.Oxi hóa
2.Hydro hóa

3.Dehydro hóa

1.Reforming

Xăng hệ số
octan cao
2. Hydrocracking Dầu diesel,
xăng

Pt, Ni /Zeolit
Mo,Cr/Al2O3
----nt----

C4H10  H2 + C4H8  C4H6 Butadien

Cr2O3: photphat Ni va
Cr2O3
CH2=CH2 + H2O  C2H5OH Rượu ethylic H3PO4 trên chất mang
Al2O3
5. Polyme hóa
nC2H4  [C2H4]n
Polyethylen TiCl4 + AlR3(ZieglerNatacatal)
7/19/2021
5

4. Hydrat hóa

7/19/2021

Một số phản ứng xúc tác quan trọng

Một số phản ứng xúc tác quan trọng

Mittasch nghiên cứu trên
2500 thành phần xúc tác!!!

7/19/2021

6

Sản xuất nguồn nguyên liệu
quan trọng cho Hóa Dầu:
30 triệu tấn/năm (2000)

7

7/19/2021

2

8


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

Một số phản ứng xúc tác quan trọng

Một số phản ứng xúc tác quan trọng

NO
CO
CxHy

O2

N2
CO2
H2O

Sản xuất nhiên liệu lỏng !!!

7/19/2021

9

7/19/2021

TỔNG HỢP NH3

Bộ kiểm soát phát thải khí ơ nhiễm của
động cơ xe gắn máy

7/19/2021

10

11

7/19/2021

3

12


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

1.2. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA
TÁC DỤNG XÚC TÁC
1.2.1. ĐỊNH NGHĨA
Xúc tác là chất làm thay đổi tốc độ của phản ứng bằng
cách làm thay đổi cơ chế và thay đổi năng lượng
hoạt hóa của phản ứng.

A: Steam reforming
B: High temperature water-gas shift
C: Low temperature water-gas shift
D: CO2 absorption
E: Methanation
F: Ammonia synthesis
G: NH3 separation.
7/19/2021

Xúc tác dương: làm tăng tốc độ phản ứng
Xúc tác âm: làm giảm tốc độ phản ứng
Phản ứng tự xúc tác: sản phẩm của phản ứng
là chất xúc tác cho phản ứng.
13

7/19/2021

14

ELEPHANT’S
TOOTHPASTE
7/19/2021

15

7/19/2021

4

16


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

1.2.2 MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG CHUNG
CỦA TÁC DỤNG XÚC TÁC

- Chất xúc tác tham gia vào giai đoạn sơ cấp của
phản ứng, làm thay đổi cơ chế phản ứng.

1. Xúc tác làm thay đổi làm thay đổi cơ chế và
năng lượng hoạt hóa của phản ứng

Phản ứng không xúc tác:A + B  AB
AB  D
Phản ứng có xúc tác: A + [K] ⇌ A[K]
A[K] + B  AB[K] 
AB[K]   [K] + D
tổng
A+BD

- Thành phần hóa học khơng đổi, được hồn
ngun khi phản ứng kết thúc
- Trạng thái vật lý có thể thay đổi.
7/19/2021

18

7/19/2021

19

7/19/2021

22

Phản ứng có xúc tác: A + [K] ⇌ A[K]
A[K] + B  AB[K] 
AB[K]   [K] + D

A+BD

7/19/2021

21

5


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

Xúc tác làm thay đổi làm tăng tốc độ phản ứng
 E ak

k .e
kk
 ok  E
k
k o .e

a

RT

e

E

RT

Phản ứng

Ea
kcal/mol

RT

(2)2NH3N2+ 3H2
(3)2SO2+O2 SO3

44

78

60

Phản ứng có G > 0 thì khơng bao giờ tìm được
chất xúc tác cho phản ứng xảy ra.

Xúc Eak E E RT
e
tác (kcal/ (kcal/
mol)

(1) 2HI  I2 + H2

2. Xúc tác không thể gây nên phản ứng, khơng làm
thay đổi tính chất nhiệt động

Với E = Ea – Eak
và kok/ko = 1

mol)

Au

14 30 8,8.1010

Pt

25 19 8,4.1010

W

30 39 1,6.1014

Fe

42 36 1,3.1013

Pt

15 45 2,6.1016

Pd

22 28 1,6.1010

7/19/2021

3. Xúc tác khơng làm chuyển dịch vị trí cân bằng, chỉ có
tác dụng làm thay đổi tốc độ phản ứng để nhanh
chóng đạt tới cân bằng.
Ta có:
G = const.
Mà G = - R.T.lnKcb  Kcb = const.

23

7/19/2021

4. Xúc tác có tính chọn lọc
Mỗi chất xúc tác chỉ làm tăng tốc độ cho
một hoặc một vài phản ứng.

24

Sự chọn lọc hình học

Cu
C2 H5OH 
 CH3CHO  H2
210  250o C
Al2O3 ,ThO2

C2 H5OH 
 CH2  CH2  H2O
330-360oC
H2 SO4
C2 H5OH 
 CH3CH2  O  CH2CH3
140o C
ZnO ,Cr2O3
C2 H5OH 
 CH2  CH  CH  CH2 + H2O  H2
400  500o C

Sự chọn lọc
của enzyme
7/19/2021

25

7/19/2021

6

26


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

1.2.3 HOẠT ĐỘ XÚC TÁC

được đo bằng sự biến đổi lượng tác chất
tham gia phản ứng trong một đơn vị thời gian và trên
một đơn vị của lượng chất xúc tác.

Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt tính xúc tác
SO2 + ½ O2  SO3

Chất lượng xúc tác
Nhằm đánh giá
Độ bền (ổn định)
của xúc tác

7/19/2021

27

Xúc tác

Nhiệt độ phản ứng

Fe2O3

6250C

Pt

4200C

V2O5

420 – 4500C

7/19/2021

28

7/19/2021

30

1.3. PHÂN LOẠI CHẤT XÚC TÁC
Xúc tác đồng thể:
chất xúc tác cùng pha với các chất phản ứng:
dung dịch axit, bazơ hay muối của chúng.
Xúc tác dị thể:
chất xúc tác không cùng pha với các chất phản ứng:
oxit kim loại, kim loại, zeolite, …
Tốc độ phản ứng phụ thuộc rất nhiều vào bề mặt
tiếp xúc pha.
7/19/2021

29

7


Kỹ thuật xúc tác – 2021

7/19/2021

1.4. CÁC CÔNG TY HÀNG ĐẦU VỀ
XÚC TÁC HIỆN NAY

7/19/2021

31

7/19/2021

32

Bài tập áp dụng

Câu 1: Tác dụng của xúc tác là:
A. làm tăng số va chạm giữa các chất phản ứng
B. làm giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng
C. làm tăng nhiệt độ cục bộ của chất phản ứng
D. làm giảm nồng độ hiệu quả của chất phản ứng

Câu 2: Chọn câu SAI về hệ xúc tác Pt/Pd/Rh trong
bộ kiểm sốt khí thải của động cơ xe ô tô:
A. là xúc tác dị thể
B. làm tăng vận tốc phản ứng CO + ½ O2 CO2
C. làm tăng vận tốc phản ứng 2NO  N2 + O2
D. hoạt động như xúc tác đồng thể ở nhiệt độ cao.
7/19/2021

33

7/19/2021

8

34