新結(jié)構(gòu)分子篩新催化材料合成與若干重要催化反應(yīng)研究

人們利用催化劑，可以改變化學(xué)反應(yīng)的速率，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，它們有可能會在反應(yīng)的某一個階段中被消耗，然后在整個反應(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)。

當(dāng)前，對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。

催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響非常大，有的催化劑可以使化學(xué)反應(yīng)速率加快到幾百萬倍以上。催化劑一般具有選擇性，它僅能使某一反應(yīng)或某一類型的反應(yīng)加速進(jìn)行。例如，加熱時，甲酸發(fā)生分解反應(yīng)，一半進(jìn)行脫水，一半進(jìn)行脫氫:

HCOOH=H2O+CO

HCOOH=H2+CO2

如果用固體Al2O3作催化劑，則只有脫水反應(yīng)發(fā)生;如果用固體ZnO作催化劑，則脫氫反應(yīng)單獨進(jìn)行。這種現(xiàn)象說明，不同性質(zhì)的催化劑只能各自加速特定類型的化學(xué)反應(yīng)過程。因此，我們利用催化劑的選擇性，可使化學(xué)反應(yīng)主要向某一方向進(jìn)行。

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，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。據(jù)統(tǒng)計，約有90%以上的化工生產(chǎn)過程使用催化劑(如氨、硫酸、硝酸的合成，乙烯、丙烯、苯乙烯等的聚合，石油、天然氣、煤的綜合利用，等等)，目的是加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率。在資源利用、能源開發(fā)、醫(yī)藥制造、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，催化劑也大有作為，科學(xué)家正在這些領(lǐng)域探索適宜的催化劑以期在某些方面有新的突破。催化劑顯然是參加了反應(yīng)，只是作為一個反應(yīng)中介，在反應(yīng)前后總量不變(注意，不是在反應(yīng)中總量不變)，而使得加快或減緩反應(yīng)速度的一種物質(zhì)。

比如有反應(yīng) A+B=C

而A+R=X ，X+B=C+R 這樣反應(yīng)的話，速度會和上式不一樣，

則R在反應(yīng)前后性質(zhì)和總量沒有變化，則可說R是反應(yīng)A+B=C的催化劑。

行業(yè)發(fā)展趨勢

美國Freedonia集團(tuán)日前發(fā)布的最新研究報告顯示，未來5年雖然全球化工行業(yè)仍將維持健康發(fā)展的勢頭，但化工催化劑需求增速將是所有催化劑終端領(lǐng)域中最慢的，尤其是有機(jī)合成催化劑需求將受到醫(yī)藥工業(yè)缺乏新產(chǎn)品的不利影響，然而這種不利的影響會被非洲、亞太、東歐和中東地區(qū)石化工業(yè)的擴(kuò)能所彌補(bǔ);聚合催化劑的需求增速則將是所有催化劑品種中最快的，主要原因是非洲和中東地區(qū)聚合物產(chǎn)能的快速擴(kuò)張;由于加氫處理催化劑需求量穩(wěn)步增長以及非洲、中東和亞太地區(qū)油品產(chǎn)量較高，煉油催化劑需求也將非常強(qiáng)勁。全球都在通過減少車用燃料的含硫量來減輕空氣污染，這將繼續(xù)增加催化劑的用量。

據(jù)Freedonia稱，未來5年全球催化劑市場需求的年均增速有望接近6%，到2012年全球催化劑市場份額將達(dá)到163億美元。其中，北美市場占32%的市場份額，亞太占31%，西歐占21%，東歐、拉美占9%，非洲、中東占7%。如果按需求量計算，未來5年全球催化劑有望以年均2%的速度增長，到2012年全球催化劑市場需求量將達(dá)到530萬噸。