Прикладная каталитическая химия

2021/2022

Статус: Майнор

Кто читает: Факультет химии

Где читается: Факультет химии

Когда читается: 3, 4 модуль

Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ

Преподаватели: Чудакова Мария Владимировна

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 76

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

В рамках настоящего курса студенты будут познакомлены с современными представлениями о явлении катализа и о прикладных каталитических технологиях. Курс затрагивает вопросы развития представлений человека о катализе и каталитических реакциях, природы и механизма каталитического действия, классификации и свойств катализаторов, практического применения каталитических технологий в важнейших процессах нефтехимии и органического синтеза. В ходе обучения мы выясним, какова роль катализа и катализаторов в современной жизни; узнаем, как каталитические технологии обеспечивают нас топливами, смазочными маслами, пластиками, синтетическими волокнами и алкогольными напитками; поймём, что общего у огнива химика Дёберейнера с производством автомобильного бензина, как развитие катализа связано с переходом человечества к экологически чистой энергетике.

Цель освоения дисциплины

Изучение студентами физико-химических основ прикладного катализа и освоение современных методов подбора и исследования катализаторов
Формирование представления о современном катализе и его месте в процессах жизнедеятельности человечества: в материаловедении, в химической и нефтехимической промышленности
Ознакомить студентов с основными понятиями о катализе и катализаторах, стадиях каталитического действия, причинами возникновения каталитических эффектов
Ознакомить студентов с принципами каталитического действия катализаторов разной природы: кислот и оснований, цеолитов, твердых оксидов, металлов, сульфидов металлов, твердых металлоорганических систем, кластеров металлов
Дать представления о поиске и разработке новых катализаторов и каталитических композиций, усовершенствование существующих катализаторов для проведения новых химических реакций, ускорения известных реакций и повышения их селективности

Планируемые результаты обучения

Знает основные направления развития теоретических представлений о предвидении каталитического действия
Знает принципы каталитического действия для основных классов каталитических реакций: кислотно-основный катализ, металлокомплексный катализ, катализ металлами, оксидами и сульфидами;
Понимает сущность явления катализа, причины ускорения и возбуждения химических реакций под влиянием катализаторов;
Применяет полученные знания о теоретических основах и накопленных к настоящему времени наиболее значимых экспериментальных результатах в области катализа в быту

Содержание учебной дисциплины

Предмет каталитической химии. История развития представлений о катализе. Явление катализа, его сущность и значение. Обзор каталитических процессов в природе и технологии
Классификация катализаторов и каталитических реакций, примеры каталитических процессов. Гомогенные и гетерогенные катализаторы. Кислотно-основной и редокс-катализ.
Основные понятия каталитической химии. Активность, селективность, стабильность действия. Как функционирует катализатор в химической реакции? Механизмы каталитических реакций
Благородные металлы в составе катализаторов. Активация процессов окисления и гидрирования: каталитическая грелка, зажигалка Дёберейнера, катализаторы дожига выхлопных газов.
Комплексы металлов как катализаторы
Исследование катализаторов и каталитических реакций. Структура гетерогенных и гомогенных катализаторов. Микроскопия в исследовании катализаторов
Промышленные катализаторы: основные требования
Каталитические процессы в производстве нефтяных топлив. Гидроочистка, гидрокрекинг, каталитический риформинг, каталитический крекинг, изомеризация, алкилирование, производство оксигенатных добавок
Катализ в производстве топлив из природного газа и угля. Получение синтетических жидких топлив. Прямое и непрямое гидроожижение угля по Бергиусу и Фишеру-Тропшу, немецкий синтетический бензин
Брожение как каталитический процесс и его роль в пищевой промышленности. Спиртовое, молочнокислое, маслянокислое брожение: производство алкогольных напитков и кисломолочных продуктов, прогоркание масла.
Каталитические процессы получения мономеров и полимеров. Откуда берутся пластики? Полиэтилен, полипропилен, полистирол, синтетические каучуки, бакелит. Синтетические волокна: ПЭТФ и нейлон. Получение и применение
Каталитический синтез одно- и многоатомных спиртов. Способы получения этилового спирта и его качество. Получение метанола, изопропилового спирта и этиленгликоля, применение в промышленности.
Каталитический синтез в органической и медицинской химии
Катализ и экология. Производство биотоплив: биодизельное топливо и биоэтанол. Катализ и водородная энергетика: производство водорода, его хранение, nопливные элементы. Углерод-нейтральные топлива, гидрирование углекислого газа.
Ферментативный катализ. Особенности каталитического действия и их причины. Метаболизм в живых организмах: превращения углеводов, жиров, белков, этанола. Пищеварение.
Катализ оксидами. Твердые кислоты. Цеолиты.

Элементы контроля

Контрольная работа 1
На протяжении курса проводится четыре контрольные работы
Экзамен
Контрольная работа 2
Контрольная работа 3
Контрольная работа 4

Промежуточная аттестация

2021/2022 учебный год 4 модуль
0.15 * Контрольная работа 2 + 0.4 * Экзамен + 0.15 * Контрольная работа 3 + 0.15 * Контрольная работа 4 + 0.15 * Контрольная работа 1

Программа дисциплины