固体催化剂的研究方法 第一章 催化剂的宏观物性测定(下)
【精品文章】固体催化剂宏观性质
固体催化剂宏观性质
固体催化剂的宏观性质主要包括两个方面：宏观结构和宏观性能。
1、固体催化剂宏观结构
图1 催化剂的宏观性质
固体催化剂宏观结构主要包括：催化剂密度，如表观颗粒密度(假密度)、骨架密度(真密度)和表观堆积密度；颗粒形状和尺寸；比表面；孔结构，如孔径、孔径分布、孔容和孔隙率。
1.1催化剂密度
表观堆积密度：包含了颗粒间的空隙及内孔体积。
它是指以催化剂颗粒堆积时的体积为基准的密度，为它的数值随颗粒形状及装填方法而变化。
测试方法：通常是将一定质量的催化剂放在量筒中，使量筒振动至体积不变后，测出表观体积Vb进而求得表观堆积密度。
颗粒表观颗粒密度：又称假密度，包含了开口细孔及封闭内孔体积。
它是指以单个颗粒体积为基准的密度。
形状规则的大颗粒可直接测得其体积，小而不规则的颗粒通常采用汞置换法（利用汞在常压下只能进入粒径大于5000纳米孔的原理。
）测出颗粒间隙Vi后求得，但要注意可能存在的毛细管效应，因为小颗粒集聚体能形成汞不能渗入的颗粒间小孔。
真密度：只含骨架体积，又称骨架密度，真密度是催化剂颗粒的真实平均密度，不含空隙及孔隙体积。
可用流体置换法测定。
通常用氦置换法测定多孔物质的真密度最精确，因为氦的有效原子半径仅为0.02nm，容易渗入非常细小的孔内。
催化剂的宏观物性测定
催化剂的颗粒分析与机械强度的测定摘要：介绍了催化剂的颗粒分析与机械强度的测定方法及理论。
关键词：催化剂；颗粒分析；机械强度；测定工业催化剂或载体，是具有发达孔系的颗粒集合体，一般情况是一定的原子（分子）或离子按照晶体结构规则组成含微孔的纳米（nm ）级晶粒（原级粒子）；因制备化学条件和化学组成不同，若干晶粒聚集为大小不一的微米级颗粒（part-icle ），即二次粒子；通过成型工艺制备，若干颗粒又可堆积成球、条、锭片、微球粉体等不同几何外形的颗粒集合体，即粒团（pellet ），尺寸则随需要由几十微米到几毫米，特别情况者可达百毫米以上。
近年迅速开发的纳米材料，是二次粒子纳米化或不存在二次粒子的颗粒集合体实际成型催化剂的粒团与颗粒等效球半径比大于102，颗粒或二次粒子间堆积形成的介（或大）孔孔隙与晶粒内和晶粒间微孔构成该粒团的孔系结构（见图1）；晶粒和颗粒间连接方式、接触点键合力以及接触配位数则决定了粒团的抗破碎和磨损性能。
由于催化剂的催化活性中心大多位于微孔的内表面，介（或大）孔主要贡献于反应物流的传递，而表征传递阻力对反应速率影响的有效因子是Thiele 模数和微孔扩散系数与介（或大）孔扩散系数比的函数[1]，Thiele 模数Φ反映催化剂颗粒密度、比表面积、成型粒团尺寸与传质扩散关系[2-4]，2/1)/(sg p D Ak S R ρφ=……………………………（1） 式（1）中p ρ为颗粒密度（即汞置换法密度，定义为单粒催化剂质量与其几何体积比）；g S 为比表面积；R 为催化剂粒团的等效球半径；D s 为球形催化剂粒团（颗粒）的总有效扩散系数；k 为催化剂内表面反应速率。
所以，在化学组成与结构确定的情况下，催化剂的催化性能与运转周期决定于构成催化剂的颗粒-孔系宏观物性，因此对其进行研究表征和测定对于开发催化剂的意义是显见的[5]。
图1 催化剂颗粒集合体示意图1 催化剂的颗粒分析1.1 颗粒尺寸颗粒尺寸（particle size）称为颗粒度，实际催化剂颗粒是成型的粒团即颗粒集合体，因此狭义催化剂颗粒度系指成型粒团的尺寸；负载型催化剂负载的金属或其化合物粒子是晶粒或二次粒子，它们的尺寸符合颗粒度的正常定义。
固体催化剂及其研究方法
摘要本文主要介绍了分子筛催化剂，尤其是ZSM-5分子筛的表征方法，介绍了分子筛物相表征、形貌表征、孔结构表征、酸中心表征。
介绍的方法为X 射线衍射法、电子显微镜观察、程序升温脱附法和红外吸收光谱法，并对每种分析方法列出了具体实例。
关键字：分子筛，物相，形貌，孔结构，酸中心，表征目录第一章分子筛催化剂表征方法1.1分子筛简要介绍1.2分子筛表征方法1.2.1分子筛的物相分析（XRD）1.2.2分子筛的形貌分析1.2.3孔结构的表征1.2.4酸中心的表征第二章评价与总结第一章分子筛催化剂表征方法1.1分子筛简要介绍分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均与的孔隙结构。
分子筛结构中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故分子筛又称沸石。
分子筛的构型可分为四个方面，三种不同层次：1.最基本的结构单元是硅氧四面体和铝氧四面体，它们构成分子筛的骨架；2.相邻的四面体由氧桥联结成环；3.氧环由氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体，也称为笼，主要有α，β，γ笼；4.笼通过氧桥连在一起。
分子筛有五种同的结构：1.A型分子筛结构，类似于NaCl的立方晶系结构；2.X 型和Y型分子筛结构，类似于金刚石的密堆立方晶系结构；3.丝光沸石型分子筛结构，这种沸石的结果和A型和八面沸石型的结构不同，没有笼，而是层状结构；4.高硅沸石ZSM型分子筛结构，这种沸石有一个系列，广为应用的是ZSM-5，本文主要介绍的就是这种分子筛的表征；5.磷酸铝系分子筛结构，是第三代新型分子筛。
由于分子筛具有明确的孔腔分布，具有极高的内表面积，有良好的热稳定性，故广泛的用作工业催化剂或催化剂载体，在炼油工艺和石油化工生产中应用尤其广泛，这就有了表征的要求。
1.2分子筛的表征方法1.2.1分子筛的物相分析（XRD）分子筛的物相分析一般是采用X射线衍射仪，其基本原理是利用布拉格方程，揭示了在一定波长下发生衍射时，晶面间距d同入射角θ之间的关系。
例如，采用Philips X’pert型X射线衍射仪进行Nu88分子筛样品的XRD分析。
催化原理催化剂宏观物性表征课件
1.3.1筛分法
一套筛子（配有顶盖及底部容器）从上到下按孔径递减的顺序 迭放，将一定量要筛分的颗粒放在最上一格筛子，振动这套筛 子一定时间后，称量留在每格筛子上的颗粒的重量。这样就得 到颗粒重量按筛子孔径的分布。 筛分操作可以按干法或湿法进行（即在水下或在缓和的水 流中）。用机器或手振动，筛分操作的终点以2min通过某 个给定筛子的颗粒重量不超过总重量的0.2%为度。 ①筛孔堵塞。在筛分不规则形状的 颗粒时，常发生，需及时处理。 ②静电效应。振动时摩擦所致，尤 其当催化剂湿度很小时；筛孔不会 永远均匀，使用时间越久越明显。
二次颗粒子—second particle 若干晶粒聚集成的大小不一的微米级颗粒。
粉体—powder 颗粒的集合。 催化剂颗粒（工业催化剂颗粒）—pellet 颗粒子堆积成型的球、条、片、粉体等不同形状的具有 发达孔系的颗粒集合体。
1.2催化剂的固体外形
在化工生产用反应器中，催化剂的形状和尺寸直接影响流体 流动，包括流体在床层中的分布和流过床层时的压力降等工 程特性。例如在固定床反应器中用球状催化剂比用不规则形 状或锭状催化剂的压力降小，而环境保护用的蜂窝状催化剂 又比球状催化剂的压力降小。 单位质量的催化剂因形状和尺寸不同，具有不同的外表面积。 从而影响物质从流体内向单位重量催化剂的外表面传递的数 量，这对于受外扩散控制的反应系统是重要的。
催化剂的密度是单位体积内含有的催化剂的质量。
ρ＝m/V
实际催化剂是多孔体，成型的催化剂粒团包含固体骨架体 积V真，内孔体积V孔和孔隙体积V隙。
V＝V隙+V孔+V真
由于体积V包含的内容不同，催化剂的密度通常可分为 松装密度、堆积密度、颗粒密度和真密度。
2.1松装密度（表观松密度）
工业催化剂的评价与宏观物性的测试PPT共29页
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33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿Leabharlann 工业催化剂的评价与宏观物 性的测试
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
固体催化剂的研究方法 第一章 催化剂的宏观物性测定(中)
( 33)
log V = log V 0 - k (log ( p0 / p) ) 2
)2 k = 21303 K ( R T/ β
2
( 46) ( 47)
用相对吸附量 θ表述吸附量 n , 则总相对吸附量 θ 微孔相 t、 对吸附量 θ mi ,t 和介孔相对吸附量 θ me ,t 分别为 θ t = n t / n0 θ mi ,t = n mi ,t / n mi ,0 θ me ,t = n me ,t / n me ,0 方程 ( 30) 可以表达为 θ θ t = f mi mi ,t + f meθ me ,t 的分数 ,即 f mi = n mi ,0 / n 0
在求测表面积和总孔体积方面成功应用 ,吸附层厚联系吸附 层总化 学 势 导 出 相 关 的 Brockhoff2de Boer 经 验 吸 附 等 温 式 [ 50 ] ; ( 5) 微孔分布开始受人重视 , 不仅 t 图发展为微孔分 析的 MP 法 [ 51 ] ,Dubinin 的体积填充理论 [ 52 ] 重新被重视 , 而 且 D - R 方程在活性炭微孔分析中获得应用 [ 53 ] ; ( 6 ) 在吸附
-
σ xy
r
6
( 52)
按吸附势理论 ,在单一吸附质体系 , 吸附势作用下吸附 剂被吸附质充占的体积分数是吸附体积 V 与极限吸附体积 V 0 之比 ,定义为微孔充填率 θ, 基于孔分布呈高斯分布的假 设 ,可用一指数方程表达 θ,即为 Dubinin2Radushkevich ( D R) 方程 θ= V / V 0 = exp [ - k ( A / β ) ] 的 n 为 2 ; k 为特征常数 。 如果吸附体积 V 和极限吸附体积 V 0 分别换算为以摩 尔单位表示的 θ mi ,t 和 θ mi ,0 , 则 θ 就是公式 ( 34 ) 表达的微孔 相对吸附量 θ mi ,t 。因此 ,按照公式 ( 38) 可有 ( 45) E = A = R Tln ( p0 / p) 代入上面公式并简化后 , 又可得到 D - R 方程的对数表达 式 [ 72～74 ]
田志坚_物理吸附和催化剂的宏观物性测定
吸附量与吸附曲线
V = f ⎡⎣ p,T ,u ( g ), w(s)⎤⎦
Adsorption Isotherms
T1 T2
T3
Adsorption Isosteres
V3s V2s V1s
T1 < T2 < T3
Pressure
P3 P2
P1
Adsorption Isobars
V1s < V2s < V3s
恒温、恒容和恒定吸附剂表面积时，吸附量恒定条件下， 相当于吸附1mol气体的热效应。(与覆盖度有关）
Qd
=
⎛ ⎜⎝
∂ΔU ∂n
⎞ ⎟⎠T ,V ,A
12
2
2013-7-1
吸附热的测定
z 直接用实验测定 在高真空体系中，先将吸附剂脱附干净，然后 用精密的量热计测量吸附一定量气体后放出的 热量。这样测得的是积分吸附热。
2013-7-1
物理吸附 和催化剂的宏观物性测定
田志坚
洁净能源国家实验室化石能源与应用催化研究部 中科院大连化学物理研究所 2013年7月1日
催化剂的宏观物性与物理吸附
z 多相催化研究的一个根本问题就是固体催化剂的催化性能 与它的物理和化学性质的关联。催化剂的物理性质主要包 括其表面积、孔结构和机械性质等。
2
物理吸附和催化剂的宏观物性测定
物理吸附
z 物理吸附
z 气固界面上的吸附
z 物理吸附 z 比表面（BET）和孔结构的表征
z 催化剂的宏观物性测定
z 孔容及孔分布测定 z 催化剂的颗粒分析 z 密度测定 z 催化剂的机械强度测定
z 吸附现象以及有关的概念 z 吸附的理论基础 z 物理吸附和化学吸附 z 吸附曲线
固体催化剂表征技术-第01章
中国石油大学（北京）
Dr. 黄星亮
ASM200型振动筛分仪
三次元振动筛机
中国石油大学（北京） Dr. 黄星亮
中国石油大学（北京）
Dr. 黄星亮
• • •
>300μm的颗粒用金属网筛 10～300μm的颗粒用电蚀的微孔筛 微球样品的湿度对测定结果影响很大，干燥样品往往 因静电效应而结团或粘筛，因此需先将催化剂120~150℃干 燥，然后增水10～17％，摇匀后测定。
ln( I / I 0 ) =
•
π
4
L ∫ d N (d ) E (m, λ , d )d (d )
2 a
b
测量不同波长下的消光度I/I0，反推颗粒的粒径分布函数
Dr. 黄星亮
中国石油大学（北京）
激光粒度仪
原理：根据光的散射现象，即颗粒越小散射角越大的现象(可 称为静态光散射) 理论测量范围：0.05~2000μm，2~1000nm 优点：动态范围大、测量速度快、操作简便、重复性好 缺点：分辨率低，不宜测量粒度均匀性很好的粉体
中国石油大学（北京） Dr. 黄星亮
第三节、比表面积与孔结构
(1) 总表面积、比表面积： BET方程 (2) 孔径分析：凯尔文（Kelvin）方程【N2吸附法测小孔： 1.5~20nm，大孔用压汞法】 (3) 活性表面、分散度、晶粒度 A）活性表面积的测定是利用化学吸附的选择性（吸附位数 ，也叫化学吸附计量数） B）分散度：表面金属（组分）占总金属（组分）的百分比。 晶粒度：晶粒大小（可用谢乐公式和透射电镜法）
•
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
P/P0
在等温条件下，通过测定不同压力下材料对气体的吸 附量, 获得等温吸附线，应用适当的数学模型推算材料的 比表面积, 多孔材料的孔容积及孔径分布，多组分或载体 催化剂的活性组分分散度。
催化剂的研究方法
催化原理课程的教学大纲催化化学和催化研究方法。
60－80学时. 催化剂的研究方法§1.物理吸附和催化剂的宏观物性测定物理吸附的基础催化剂的颗粒分析催化剂的机械强度测定比表面（BET）和孔结构的表征催化剂扩散系数测定§2.热分析方法热分析的定义和分类几种常用热分析技术：TG.、TDA、TDS…热分析在催化研究中的应用§3.多相X—射线衍射晶体对X—射线的衍射衍射数据的收集物相分析定量相分析平均粒度的测定：（衍射峰宽化法；小角度衍射）非完整晶体中晶格畸变和体平均厚度的测定层状化合物的X—射线衍射径向分布函数（RDF）多晶X—射线衍射全图拟合结构参数的修正在催化剂研究中的应用实例：高场X—射线衍射§4.分析电子显微镜简介透射电镜、扫描电镜基本原理和技术电子束和物质相互作用：衍射、散射原理——Bragg方程衍射几何：高分辨像、倒易点阵、指数标定、长周期结构、孪晶衍射衬度：明场像、暗场像，衬度像EDS，EELS原理和应用（组成分析）选区电子衍射在高分辨电镜研究中的制样技术应用实例§5.化学吸附和催化剂动态分析方法化学吸附原理三种等温式动态分析方法理论（TPD、TPR、TPO、TPSR）应用实例§6.红外光谱方法红外光谱的基本原理吸附分子的特征及红外光谱诠释如何获得吸附分子的红外光谱红外光谱应用于金属催化剂的研究红外光谱应用于氧化物及分子筛的研究红外光谱应用于氮化物、碳化物的研究原位红外光谱应用于反应机理的研究应用实例§7.拉曼光谱方法拉曼光谱原理及基本催化研究中应用的概况拉曼光谱实验技术的发展(可见拉曼光谱、FT拉曼光谱、紫外拉曼光谱) 应用实例展望§8.核磁共振方法基本原理和实验技术分子筛结构研究固体NMR在催化剂表面酸性研究中的应用催化剂表面吸附分子的NMR研究分子筛催化反应的原位MAS NMR研究MAS NMR技术研究催化剂失活§9.表面光电子能谱方法光电子能谱基本原理：X射线光电子能谱Auger电子能谱电子能量损失谱（EELS）紫外光电子能谱离子散射谱二次离子质谱和EXAFS等高能谱应用实例和存在问题§10.电极催化剂表征方法电化学基础电化学研究方法：稳态和静态电位扫描技术——循环伏安法控制电位技术——单电位阶跃法控制电流技术——恒电位电解交流阻抗法光谱电化学方法电催化过程化学电源简介§11.多相催化反应动力学方法概论一般动力学概念吸附和多相催化反应速率方程多相催化反应动力学模型的建立和判别多相催化过程中的物理传输动力学测定方法和实验装置非稳态动力学结论催化反应化学1．煤基合成气化学1.1合成气制甲醇、二甲醚1.2合成气制低碳醇1.3合成气制烃（FT合成）1.4水汽变化（WGS）2. 天然气化学2.1 甲烷水汽、自热重整制合成气2.2 甲烷部分氧化制合成气2.3 甲烷氧化偶联2.4 甲烷直接转化（选择氧化、芳构化）3. 合成氨3.1 NH3合成研究历史3.2 造气过程3.3 现代化NH3合成流程3.4 关于合成氨的基础研究4. 环境催化过程环境催化概述4.1 固定源的DeNOX4.2 车辆尾气净化（三效催化，TWC）4.3 污水处理中的催化氧化4.4 大气中VOC的催化氧化4.5 SO2的脱除5.精细化工催化过程5.1 选择加氢5.2 选择氧化5.3 酸碱催化5.4 不对称催化6. 石油炼制概况6.1 催化裂解6.2 催化重整6.3 加氢精制6.4 加氢裂化。
催化化学与研究方法
催化化学和研究方法教学大纲-、教学大纲(含章节目录)：第一部分现代他化研究方法前言:催化研究概述第一童催化剂的宏观物性测定1・1吸附与物理吸附1丄1固气表面上的吸附1・1・2物理吸附的理论模型1.2催化剂的宏观物1*生测定121表面积1.2.2孔容积(pore volume)和孑L»径分布(pore size distribution)123颗粒度测定124密度测定125催化剂机械强度的测定第二童分析电子显微镜方法2」透射电子显微镜简介2.2电子衍射W成像2.3扫描透射电子显微镜(STEM)2.4分析电子显微镜2.5电子显微镜中样品的辐射损伤2.6电子显微镜在多相催化中的应用2.7新型透射电镜2.8透射电子显微镜的局限性及应注意的事项2.9结束语第三童热分析方法3」热分析的分类3・2几种常用的热分析技术3.3热分析动力学简介3.4热分析在催化硏究中的应用3.5热分析联用技术3・6热分析实验技巧3.7结束语第四童X射线衍射分析4」XRD的基本概念与基本原理4.2XRD在催化材料研究中的应用第五章化学吸附W程升温技术5」化学吸附的基本原理5.2化学吸附的三种模型的吸附等温式5.3动态分析方法理论（TPD、TPR、TPO、TPSR）5.4TPD技术在表面酸碱性和氧化还原性能研究中的应用5.5TPR、TPO技术在催化剂氧化还原性能研究中的应用5.6TPSR技术在催化剂机理研究中的应用第六童拉曼光谱方法6.1拉曼光谱原理简述6.2拉曼光谱实验技术的发展6.3拉曼光谱在催化研究领域中的应用6.4最新进展6.5展望第七章红外光谱方法7」红外光谱的基本原理和获取原位红外光谱的方法7.2吸附分子的特征和它的红外光谱诠释7.3红外光谱应用于金属催化剂表征7.4红外光谱方法应用于氧化物、分子筛催化剂的硏究7.5加氢精制催化剂活性相和助剂作用研究7.6原位红外光谱应用于反应机理的研究7.7红外合频技术用催化剂表征研究第八章核磁共振方法&1固体高分辨核磁共振技术:MAS和CP/MAS NMR 8.2分子筛结构的MAS NMR研究8.3固体NMR在催化剂酸性研究中的应用8.4催化剂表面吸附分子的NMR研究8.5分子筛和分子筛催化反应的原位MAS NMR研究8.6 MAS NMR技术研究结炭引起的分子筛失活8.7结束语第九章光电子能谱方法9」X射线光电子能谱仪PS）的进展9.2XPS能谱原理简介9.3XPS能谱仪的结构简介和实验技术9.4XPS能谱的定性分析9.5XPS能谱定量分析9.6XPS能谱的应用9.7XPS能谱的最新进展第十童多相催化反应动力学10」一般动力学概念10.2吸附W多相催化反应速率方程10.3多相催化动力学模型的建立和检验10.4多相催化中的传递过程10.5动力学测定方法和实验装置10.6非稳态催化过程动力学第十一童电极催化剂表征方法第十二童电子磁共振波谱学第二部分他化化学表面化学、石油炼制、三大合成、天然气化学和煤化工、精细化工、环镜友好化学、催化剂制备化学1.煤基合成气化学1」合成气制甲醇、二甲醛1.2合成气制低碳醇1・3合成气制疑（FT合成）1・4水汽变化（WGS ）2.天然气化学2」甲烷水汽、自热重整制合成气2.2甲烷部分氧化制合成气2.3甲烷氧化偶联2.4甲烷直接转化（选择氧化、芳构化）3.合成氨3.1 NH3合成研究历史3・2造气过程3.3现代化NH3合成流程4 •环境催化过程环境催化概述4.1固定源的DeNOX4・2车辆尾气净化（三效催化,TWC）4.3污水处理中的催化氧化4.4大气中VOC的催化氧化4.5 SO2的脱除5.精细化工催化过程5.1选择加氢5.2选择氧化5.3酸碱催化5.4不对称催化6.石油炼制概况6・1催化裂解6.2催化重整6.3加氢精制6.4加氢裂化。
固体催化剂的研究方法
固体催化剂的研究方法
1. 催化性能测试：通过将固体催化剂和目标反应物质进行混合，然后对反应进行监测和分析，以评估催化剂的性能。
2. 表面特性分析：使用表面科学技术如X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等分析方法，对催化剂的表面形貌和化学组成进行表征。
3. 结构特性分析：利用X射线衍射（XRD）和红外光谱（FTIR）等技术，对催化剂的晶体结构、晶格参数和功能基团等进行分析。
4. 吸附性能测试：利用比表面积分析仪（BET）和等温吸附法（IA）等技术，评估催化剂的比表面积、孔隙结构和吸附性能。
5. 反应动力学研究：通过控制反应条件、变换催化剂种类和用量等方法，研究催化剂对反应速率、选择性和稳定性等影响，探索其反应动力学规律。
6. 催化剂的制备方法研究：通过改变催化剂的制备方法，优化其物理结构和化学性质，进而提高其催化性能。
以上方法可以通过实验室研究和工业应用研究相结合，对固体催化剂进行全面的性能评估和结构表征，为其在实际工业生产中的应用提供理论和实验基础。
催化剂的宏观表征课件
Langmuir adsorption isotherms for different values of b
bp
1 bp
where and
b ka kd
V
Vm
BET Isotherm
Assumptions：
• Adsorption takes place on the lattice and molecules stay put • First monolayer is adsorbed onto the solid surface and each layers can start before another is finished • Except for the first layer, a molecule can be adsorbed on a given site in a layer (n) if the same site also exists in (n-1) layer • At saturation pressure (P0), the number of adsorbed layers is infinite (i.e., condensation) • Except for the first layer, the adsorption enthalpy (HL) is identical for each layers.
催化剂的颗粒分析
粒径分布直方图与微分图
颗粒度正态分布图
催化剂的颗粒分析
粒度分析技术:
粒径1μm以上的粒度分析技术: 光学显微镜、重力沉降－扬析法、电敏感计数的 Coulter电感法、沉降光透法及光衍射法 粒径1μm以下的粒度分析技术: 电子显微镜、离心沉降、光散射（如光子相关谱 PCS）以及颗粒色谱的场流动分级（FFF）
催化剂的活性评价和宏观物性表征..
工业催化剂的催化活性可用三个参数的乘积表示：
At——单位体积催化剂的催化活性。
At as s
as——单位体积催化剂的总表面积。 s——单位表面积催化剂的比活性。
η——催化剂的内表面利用率。
当反应级数为n，对球形催化剂，η用下式表示：
1 hs
1 1 tanh( 3hs ) 3hs
三、测定活性的实验方法： 实验方法 在实验室里使用的管式反应器，通常随温度和压力条件的不 同，采用硬质玻璃，石英玻璃或金属材料，将催化剂样品放进 反应管中，催化剂层中的温度，用安装的热电偶测量。 原料加入的方式，根据原料性状和实验目的不同也各有不 同，常用气体（H2、N2、O2等）可直接用钢瓶，不常用气体， 要增加发生装置，若反应组分中有液体 时，可用鼓泡法，蒸发 法和微型加料装置，将液体反应组分加入到反应系统。 根据分析反应产物的组成，可算出本征催化剂活性的转化率。 在许多情况下，只需要分析反应后混合物中一种未反应组分或 一种产物的浓度。混合物的分析可采用各种化学或物理化学方 法。
§5－2
催化剂的宏观物性及其测定：
通过表征催化剂，可以得到如下信息： A. 化学组成和结构 包括元素的组成，结构，含量，表面的组成，可能出现的功能基的性质和含量。
催化剂宏观性及其测定
6.2 催化剂宏观物性及其测定 宏观物性：组成催化剂的各粒子或粒子聚集体的大小、形状与孔隙结构所构成的体积、形状及大小分布的特点，以及与此有关的传递特性及机械强度等。
了解和测定宏观物性的重要性：宏观物性对降低催化剂装运过程中的损耗，满足各类反应器操作中流体力学因素的要求十分重要，且直接影响催化反应的动力学过程。
6.2.1 催化剂的表面积及其测定1． 表面积与活性 一般地，表面积愈大，催化剂的活性愈高。
某些情况下，活性与比表面积成正比关系（例，硅酸铝催化剂上进行的烃类裂解。
）催化剂表面积测定的重要性，探寻催化剂活性改变的原因，以便开发或改进催化剂。
2． 比表面测定原理比表面测定方法很多，各有优缺点。
常用吸附法：化学吸附法及物理吸附法。
前者是通过吸附质对多组分固体催化剂进行选择吸附而测定各组分的表面积；后者是通过吸附质进行非选择性吸附来测定比表面积。
物理吸附法又分为BET 法及气相色谱法两类，两类测定法原理均以BET 公式为基础。
原理如下：1） 实验求出吸附等温线（P —V 数据） 2） 在相对压力（P/ P 0）0.05-0.35范 围内, 以V 1)(0P P P-为纵坐标,以P/P 0为横坐标作图, 得BET 方程的直线图象。
3） 利用BET 方程: 表示在吸附物正常沸点附近的吸附等温线为V 1)(0P P P -=01P P C V C m⋅-+C V m1（Brunauer, Emmett, Teller 提出）式中，V —平衡吸附量 ml （标准态）或mgV m —形成单分子层时的吸附量 P —平衡压力 mmHgP 0—实验温度下，吸附质饱和蒸汽压C —给定物系，给定温度下的常数求得V m , 截距斜率+=1m V .4) 求出单分子层中吸附质的分子数N m有 0104.223N N m V m ⨯=⨯(V m 为体积) N 0—阿佛加德罗常数6.02×1023分子/克分子 或, 0N N MV m m ⨯=(V m 为重量)M — 吸附质分子量 (mg)5) 表面积 S=N m ×AA — 吸附质分子的截面积Å2比表面积: S g =GA N m 2010-⨯⨯(m 2/g)G —催化剂试样重量(g)该法常用氮、甲醇、苯、正丁烷等为吸附质，它们的分子截面积如下：H 2O 14.8, N 2 16.2, CH 3OH 25, n-C 4H 10 56.6, C 6H 6 40（Å2）。