催化剂工程的导论
催化剂工程导论
催化剂工程导论一、定义题1.什么是助催化剂？（P18）助催化剂是催化剂中具有提高催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械程度和寿命等性能的成分。
虽然助催化剂本身并无活性，但只要在催化剂中添加少量助催化剂，即可明显达到改进催化剂性能的目的。
2.什么是设备放大效应？ P133随着催化剂制备规模由小试而中试，再由中试而工业化大生产，设备逐步增容，构造还可能变化，由此而带来制品质量的种种差异，可称之为设备的放大效应。
3.什么是比表面积？(p93)催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和，单位为/ g ,有时也简称比表面4.什么是TGDTA?TG指的是热重分析，DTA指的是差热分析，TG和DTA一般是在一台仪器上，也就是热重-差热分析仪.5.什么是过渡浸渍？这个自己找一下二、判断题1、用沉淀法制备催化剂，加料方式对催化剂性能影响不大。
（×）答案在p35：经验证明，在溶液浓度，温度，加料速度等其他条件完全相同的条件下，由于加料方式的不同，所得沉淀的性质也可能有很大差异，并进而使最终催化剂或载体的性质出现差异。
2、催化剂不参与化学过程。
（×）实质是参加了化学反应，经过一次化学循环后又恢复到原来的组成3、工业催化剂载体都是多孔惰性物质。
（×）正确说法：工业催化剂载体多数是孔性惰性物质4、起加速化学反应的物质是催化剂。
（×）起加速化学反应的物质也可能不是催化剂。
答案在p13第一段第二段：催化剂是在化学方面起加速化学反应的作用，而像光、电子热以及磁场等物理因素有时也能引起并加速化学反应，但其所起的作用一般不被称为催化作用。
根据定义：起催化作用的物质称为催化剂，知其不是催化剂。
5、合成氨催化剂中的Al2O3是电子型助催化剂。
（×）答案在P19 :它是结构型助催化剂。
三、选择题1、双金属重整催化剂中，氧化铝作什么成分？（载体）2、制备骨架镍催化剂应采用（热熔融法）P46~473、干燥温度范围（80~200℃），焙烧温度范围（≥600℃）P374、分子筛中择形性最好的是哪个？ZSM55、浸渍法制备多组分催化剂应采用（多次浸渍）P43四、简答题1 简述Dowden建议的催化剂设计程序。
催化剂工程导论04
• 汞对多数固体是非润湿的，汞与这些固体的接 触角大于90°，需加外力才能进入固体孔中。 以σ表示汞的表面张力，汞与固体的接触角为φ， 汞进入半径为r的孔需要的压力为P，则孔截面 上受到的力为r2πP，而由表面张力产生的反方 向张力为-2πrσcosφ，当平衡时，二者相等，故 有
• r2πP = -2πrσcosφ
1 0.808
1.55103
V脱
• 3) 计算V孔，它等于P/P0为0.95的VL，即吸 附剂内孔全部填满液体的总吸附量，以公 式表之：
• V孔= (VL ) P / P0 0.95
• 4) 将VL/V孔（%）对rp作图，得孔分布的 积分图。从此图可算出在某rp区间的孔所 占体积对总孔体积所占的百分数。
• 转17页
•返 •回
•
图3.6 色谱法测定比表面积装置
• Vl、V2一针形阀；V3—三通活塞；Ml、M2一流量计；T―热导池；R一搅拌器。
•
图3.7
吸附一脱附色谱峰示意图
• 计算表面积需要数据如下：
• W—抽气后的催化剂的重量，（g）；
• f—换算因子，（ml/峰面积cm2）； • PA—大气压，（Pa）； • P—氮气饱和蒸汽压； • VT—总流速，（ml/min）； • VHe—氦气流速，（ml/min）； • VN2 —氮气流速，（ml/min），
• b)重量法
• 与容量法类似，不同之处在于吸附量是在 改变压力下，由石英弹簧称吊挂的样品因 吸附前后重量变化所引起弹簧伸长而计算 得出的。这种方法仍需要真空装置，其准 确度要比容量法小得多。
•
上述两种方法由于其不足，在使用上
受到限制。故在此仅介绍目前国内外发展
较快的下述方法。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法常规制备方法是工业催化剂制备中常用的方法，包括物理方法和化学
方法。
物理方法主要有：
1.混合磨合法：将活性组分和载体粉末混合后进行高能球磨、振荡磨
或者三辊研磨等方法进行磨合，使活性组分均匀地分布在载体上。
2.共沉淀法：将活性组分和载体的沉淀剂同时加入到反应体系中，通
过控制溶液pH值、温度和沉淀速率等参数来控制沉淀形态，从而制备出
带有活性组分的载体。
3.气相沉积法：通过在载体表面上加热和分解一种含有活性组分的气体，使活性组分在载体上沉积形成催化剂。
化学方法主要有：
1.合成溶胶凝胶法：以溶胶和凝胶为中间体，通过加入不同的催化剂
成分和控制反应条件，可以制备出具有高比表面积和良好分散性的催化剂。
2.柔性模板法：通过将活性组分溶解在柔性模板中，再通过热处理或
溶剂蒸发等方法来制备催化剂。
柔性模板可以是有机物或高分子物质。
3.水热法：将活性组分和载体一同放入压力反应釜中，在高温高压的
条件下进行水热反应，通过调整反应时间和反应温度等条件，可以控制催
化剂的形貌和结构。
以上就是工业催化剂常见的常规制备方法，这些方法各有优缺点，应
根据实际情况来选择适合的制备方法。
在实际应用中，也常常结合多种方
法来制备催化剂，以获得更好的性能和更稳定的催化效果。
催化剂工程导论12
•
电镜
•
XRD
•
热分析（DTA; TG） 方法、
原理、
• 近代物理方法 电子探针
应用
•
红外光谱
•
各种联用技术
• 第四章
• 开发过程 • • • • •
实验室工作 资料准备 参考样品剖析 配方筛选
扩大试验 中型制备试验 中型评价试验
工业生产、试用与换代开发
• 第五章
• 催化剂设计的意义、目的、发展
催化剂工程导论
复习纲要及答疑
• 第一章
一、常用的无机化工、石油炼制、有机化 工用催化剂
二、催化基本概念
催化剂
•
催化作用
•
催化剂基本特征
•
催化剂分类法
•
催化剂组成
• 第二章
• 一、常用工业催化剂制造方法
• 沉淀法 原理
•
分类
•
影响因素（工艺条件）
• 浸渍法 原理
•
分类
•
影响因素（工艺条件）
•
• 热熔融法
原理
• 离子交换法
• 混合法
影响因素（工艺条件）
• 成型方法
• 二、固体催化剂制备方法的新进展
•
有关概念及方法
• 第三章
• 一、活性测定及表示法，
•
实验室反应器
• 二、宏观测试：
•
颗粒直径及粒径分布
•
机械强度
•
比表面积
•
孔结构：密度；比孔容积，孔隙率，
平均孔径、孔长；孔隙分布
• 三、微观性质测定及结构表征
催化剂工程导论复习纲要及答疑第一章一常用的无机化工石油炼制有机化工用催化剂二催化基本概念催化剂催化作用催化剂基本特征催化剂分类法催化剂组成第二章一常用工业催化剂制造方法沉淀法原理分类影响因素工艺条件浸渍法原理分类影响因素工艺条件热熔融法原理离子交换法混合法影响因素工艺条件成型方法二固体催化剂制备方法的新进展有关概念及方法第三章一活性测定及表示法实验室反应器二宏观测试
催化剂工程导论赵国成
能保证CVD顺利进行必须满足以下3个 基本条件：
• 在淀积温度下，反应物必须有足够高的蒸 汽压。 • 反应生成物，除了所需要的淀积物为固态， • 淀积物本身的蒸汽压应足够低，以保证在 整个淀积反应过程中能使其固定在加热的 基片上。 • CVD的工艺装置结构主要有反应器、供气 系统和加热系统等组成。
反应器的基本类型
影响化学气相淀积ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ质量的因素主要有：
• • • • 淀积温度。 反应气体的比例。 BClз(气)+NHз(气)=BN(固)+3HCl(气) 基片对淀积膜的影响。
2.原因 • 第一，它可以超纯，其他分子不可能在完 全相同的条件下正好也发生淀积反应于固 体表面。 • 第二，它是在分子级别上淀积的粒子，可 以超细。 • 举例： 一维、二维、三维的小尺寸粒子、 晶须、单晶薄膜、多晶体或非晶体固体。
下面是一些淀积反应
• SiH4（气）→ Si ↓+ 2H2 800-1000℃,制集电路用单晶硅 • Pt（CO）2Cl2（蒸汽）→Pt + 2CO + Cl2 • 600℃,用于金属镀Pt,有望用于催化剂 • Ni(CO)4(蒸汽)→Ni↓+4CO • 140-240℃,金属Ni,有望用于催化剂 SiCl4(气)+2H2（气)=Si(固)+4HCl(气) BClз (气)+NHз (气)=BN(固)+HCl(气)
8.2纳米催化材料的制备方法
8.2.1化学气相法淀积法
• 1.定义：所谓气相淀积是利用气态物质在固 体表面进行化学反应后，在其上生成固体 淀积物的过程。 • 2CO → CO2+C • 条件：约500℃. • 应用：气相法制超细炭黑，做橡胶填料。 厨房中炉灶的热烟气在冷的锅底或烟囱壁 形成的炭黑，也就是发生了这种气相淀积 现象。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
浸渍影响因素
浸渍液浓度
Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)，浸渍时间 0.5 h
浸渍法（多次浸渍）实例
镍/氧化铝-----重整催化剂—将甲烷或石脑油重整制合成气
Al2O3+铝酸钙水泥+石墨+水 成型16*16*6mm 预处理：120oC干燥、 1400oC焙烧,得载体
熔融浸渍硝酸镍10-20%
干燥、活化焙烧分解
熔融浸渍硝酸镍10-20%
负载型镍催化剂
干燥、活化焙烧分解
2.3 混合法
干燥
干燥过程中，未吸附的溶液会向空气中挥发，内表面上的活性组分也可能 会向外表面迁移，降低部分内表面活性物质的浓度，造成活性物质分布不 均，甚至部分载体未被覆盖。
on
+
diffusion
diffusion
浸渍后ad的sor热ptio处n 理
干燥过程中活性组分的迁移
evaporation
焙烧与活化
Static drying Drying at low flowrate Freeze drying
Active Phase Distributions
Uniform
Egg-shell
Egg-white
Egg-Yolk
a
b
c
d
Active phase/Support
Support
Influence of Coadsorbing Ions － 竞争吸附法
催化剂工程导论_大纲及思考题答案
催化剂课程教学内容及教学基本要求第一章工业催化剂概述本章重点催化若干术语和基本概念，难点催化剂的化学组成和物理结构。
第一节催化剂在国计民生中的作用本节要求了解催化剂在国计民生中的作用(考核概率5%)。
1 催化剂—化学工业的基石2 合成氨及合成甲醇催化剂3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业4 基础无机化学工业用催化剂5 基本有机合成工业用催化剂6 三大合成材料工业用催化剂7 精细化工及专用化学品中的催化8 催化剂在生物化学工业中的应用9 催化剂在环境化学工业中的应用第二节催化若干术语和基本概念本节要求理解催化若干术语和基本概念(考核概率90%)，掌握催化剂的化学组成和物理结构(考核概率95%)。
1 催化剂和催化作用2 催化剂的基本特征3 催化剂的分类4 催化剂的化学组成和物理结构5 多相和均相催化剂的功能特点6 多相和均相催化剂的同一性7 新型催化剂展望第二章工业催化剂的制造方法本章重点是沉淀法和浸渍法，难点是催化剂的制备原理和技术要点。
第一节沉淀法本节要求理解沉淀法的分类(考核概率60%)，掌握沉淀操作的原理和技术要点(考核概率80%)，了解沉淀法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 沉淀法的分类2 沉淀操作的原理和技术要点3 沉淀法催化剂制备实例第二节浸渍法本节要求掌握各类浸渍法的原理和操作(考核概率80%)，了解浸渍法催化剂制备实例(考核概率20%)。
1 各类浸渍法的原理及操作2 浸渍法催化剂制备实例第三节混合法本节要求了解混合法制备催化剂（考核概率20%）第四节热熔融法本节要求了解热熔融法制备催化剂（考核概率20%）第五节离子交换法本节要求理解由无机离子交换剂制备催化剂，由离子交换树脂制备催化剂（考核概率40%）。
1 由无机离子交换剂制备催化剂。
2 由离子交换树脂制备催化剂。
第六节催化剂的成型本节要求了解催化剂成型工艺，几种重要的成型方法（考核概率20%）。
1 成型与成型工艺概述2 几种重要的成型方法第七节典型工业催化剂制备方法实例本节要求了解几种典型工业催化剂制备方法实例（考核概率20%）。
催化剂工程导论1工业催化剂概述
1.1.5 基本有机合成工业用催化剂
基本有机合成工业：基于低分子有机化合 物的合成反应 存在反应速度慢及产物多的普遍规律 研究关键：寻找高活性和选择性的催化剂，以期工业化。
1.1.5 基本有机合成工业用催化剂举例
加氢, 苯→环己烷 — Raney Ni 脱氢，乙苯→苯乙烯 — Fe3O4(Cr,K氧化物)
90%以上的化工产品，80%化学工业过程（ 石油加工、传统化学工业、食品工业、建材 工业、精细化学品工业、环保产业等）是采 用催化过程来实现的。
催化剂的销售额在100多亿美元。与催化剂 相关的销售收入可达近千亿美元
催化剂是化工技术的核心
催化剂正日益广泛深入地渗透于
• 石油炼制工业 • 化学工业 • 高分子材料工业 • 生物化学工业 • 食品工业 • 医药工业 • 环境保护产业
单质 离子
催化剂举例 强阳性，Na 强阴性，I2,Cl2 中性，活性炭
Al2O3, AlCl3, BF3 H2SO4, H3PO4 Pt, Ni Ni2+,V5+
反应类别
供电子体（D） 受电子体（A） 电子供受体（D-A）
酸碱反应
酸碱反应
氧化还原反应
氧化还原反应,酸碱反应
1.2.3.4 按Cat.组成及功能
作为燃料电池燃料使用 •合成甲醛、二甲醚、醋酸、甲酸甲酯和碳酸二甲酯的原料
（二）合成甲醇Cat.（I）
•合成甲醇需要多种催化剂
•国内常用的催化剂
✓CuZn-Al(中低压法) ✓CuZn-Cr(高压法)
1.1.3催化剂与石油炼制及合成燃料工业
早期的石油炼制 — 蒸馏等物理方法为主 近代的石油炼制 —催化裂化、烷基化、加氢精制、加
1.1.1 催化剂——化学工业的基石
催化剂工程导论02
• 5) 制溶胶用1：1HNO3， 控制PH=3.9～4.4，溶胶 粘度3ml/65s合格。
•
6) 烃氨柱构成：
• 煤油柱： 20～30cm高/D：2cm
• 油酸钠： 少量
• 15%氨水柱：80～70cm高/D：2cm.
• 二、工艺说明： • 1、原料选择：
A. 所选原料必须有一定纯度，对某些有害杂 质，必须控制在一定水平以下。
• 2）沉淀反应条件：pH=8.5～9.2;
温度: 85±2℃.
• 3) 老化温度85±5℃, 时间1小时.
• 4) 洗涤（打浆）： 水/沉淀（滤饼）=30:1，温度 85℃， 时间0.5小时，2～3,4次。 0.1N AgNO3检 验Cl-离子，合格。（无絮状AgCl白色沉淀，静置 2 ～ 3分钟，仍不见沉淀。）
• 分类：
•
单组分沉淀：γ-Al2O3，α-Al2O3等
• 酸法：以碱为沉淀剂，从酸性盐（常用无
水氯化铝）溶液中沉淀金属水合物；碱法：
以酸为沉淀剂，从金属酸盐（如偏铝酸盐）
溶液中沉淀金属水合物。
•
共沉淀（多组分共沉淀）CuO-ZnO-
Al2O3，三种硝酸盐，Na2CO3并流加入。
•
均匀沉淀法 尿素水解释放出OH-
～70℃
趁热过滤
• 老化
洗涤（打浆）
～70℃
• 溶胶
烃氨柱 成球
老化（45分钟）
• 漂洗 干燥 焙烧 得成品γ- Al2O3。 • 干燥条件：105℃ ，3小时
，即
焙烧条件：500 ℃ ，4小时。
• 备注：1）采用并流，即并加。[顺加（B
加入A）会先后沉淀（多组 分）；逆加（A加入B）pH值 改变。]
PH值，加料方式，搅拌强度） • 3. 陈化洗涤 • 4. 干燥焙烧和活化
催化剂工程导论复习提纲
催化剂工程导论复习提纲1、1976年国际纯粹及应用化学协会分布的催化作用的定义就是什么？要求深刻理解其含义。
答:催化作用就是一种化学作用,就是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。
2、什么就是催化剂的基本特征？答:(1)催化剂能加速化学反应速率,但本身并不进入化学反应的计量。
(2)催化剂对反应具有选择性,即催化剂对反应类型、反应方向与产物的结构具有选择性。
(3)催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应,而不能加速热力学上无法进行的反应。
(4)催化剂只能改变化学反应的速率,催化剂只能改变(或接近)这一极限所需要的时间,而不能改变这一极限的大小。
(5)催化剂不改变化学平衡,意味对正方向有效的催化剂,对反方向也有效。
(对于任一可逆反应,催化剂既能正反应,也能同样程度地加速逆反应,这样才能使其化学平衡常数保持不变,因此某催化剂如果就是某可逆反应的正反应的催化剂,必然也就是其逆反应的催化剂。
) (6)寿命(催化剂的使用期限就是有限的)。
3、根据聚集状态,如何对催化剂进行分类？答:(气体)、(液体)、(固体)。
4、按工艺与工程特点如何对催化剂进行分类？答:多相固体催化剂、均相催化剂与酶催化剂三类。
5、主催化剂的定义就是什么？答:主催化剂就是起催化作用的根本性物质。
没有它,就不存在催化作用。
6、共催化剂的定义就是什么？答:共催化剂就是与主催化剂同时起作用的组分。
7、助催化剂的定义就是什么？答:助催化剂就是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性,改善催化剂的耐热性、抗毒性机械强度与寿命等性能的组分。
虽然助催化剂本身并无活性,但只要在催化剂中添加少量助催化剂,即可明显达到催化剂性能的目的。
8、助催化剂可分为哪几类？答:(1)结构助催化剂(2)电子助催化剂(3)晶格缺陷助催化剂。
9、载体的定义就是什么？(了解)答:载体就是固体催化剂所特有的组分,起增大表面积、提高耐热性与机械强度的作用,有时还能担当共催化剂或助催化剂角色载体就是活性组分的分散剂、胶粘剂或支载物。
催化剂工程导论3催化剂性能的评价与表征
（4）收率
R = 反反应应物物AA已起转始化的的物物质质量量（（moml）ol）X 100%
（5）单程收率
Y=
生成目的产物的物质量（mol） 起始反应物的物质量（mol）
X
100%
Y =XS
活性的表达方式及相关参数
催化活性在理论研究中经常采用： 转换频率（Turnover frequency）： 指单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次 数。作为真正催化活性的一个基本度量。
防止由于实验条件选择不当埋没好催化剂
了解反应机理，找到薄弱环节，有助于改进催化剂和换代 开发新催化剂。
第二节 动力学研究的意义和作用
化学反应动力学是研究一个化学物种转化为 另一个化学物种的速率和机理的分支科学。 机理：达成所论反应中各基元步骤发生的序 列。
第二节 动力学研究的意义和作用
第三节 实验室反应器
与工业反应器的区别 设计目的 — 解耦 设计三项要求 是催化剂评价和动力测定装置的核心
积分反应器
实验室常用固定床管式反应器，转化率高，进口和出口 物料组成差异大，沿床层有大的温度梯度和浓度梯度， 获得速率数据只能转化率对时空的积分结果，故定名为 积分反应器。
分类： 恒温和绝热 获得恒温：减小管径、用恒温导热介质和用惰性物质稀 释催化剂
催化剂工程导论
Catalyst Engineering Introduction
催化剂性能的评价、测试和表征
第一节 概述
活性： 指催化剂的效能（改变化学反应速度能力）的高低，是任 何催化剂最重要的性能指标
选择性：衡量催化剂抑制副反应能力的大小。
寿命： 指催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间（单程 寿命）或每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水平 的累计时间（总寿命）。
催化剂工程导论
第一章1.催化剂的基本特性：1）催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量；2）催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性；3）催化剂只能加速热力学上可能进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应；4）催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置；5）催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
2.催化剂按工艺与工程分类：多相固体催化剂，均相配合物催化剂，酶催化剂。
3.多相固体催化剂包括：主催化剂，共催化剂，助催化剂（结构助催化剂，电子助催化剂，晶格缺陷助催化剂），载体，其他。
4.酶催化剂：高催化效率；选择性高；反应条件温和；可自动调节活性。
第二章1. 固体催化剂的制备所需的单元操作：溶解，熔融，沉淀，浸渍，离子交换，洗涤，过滤，干燥，混合，成型，焙烧和还原。
2. 工业催化剂的传统制造方法：沉淀法，浸渍法，混合法，离子交换法，热熔融法。
3. 沉淀法分为：单组分沉淀法，共沉淀法，均匀沉淀法，浸渍沉淀法，导晶沉淀法。
4. 沉淀剂的选择原则：1）尽可能使用易分解挥发的沉淀剂；2）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤；3）沉淀剂的溶解度要大；4）沉淀物的溶解度应很；5）沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。
5. 沉淀带入的杂质的原因：表面吸附，形成混晶，机械包藏。
6. 沉淀形成的影响因素：浓度，温度，PH值，加料方式和搅拌强度。
7. 浸渍法：过量浸渍法，等体积浸渍法，多次浸渍法，浸渍沉淀法，喷洒流化法浸渍法，蒸汽相浸渍法。
8. 成型方法：压片成型，挤条成型，喷雾成型，转动成型。
9. 焙烧的目的：1）通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（如CO2、NO2、NH3），使之转化为所需的化学成分，其中可能包括化学价态的变化；2）借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等；3）让微晶适度地烧结，提高产品的机械强度。
自考催化剂工程导论复习提纲完整
绪论一、催化剂和催化作用IUPAC 1976定义：催化作用是靠用量很少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。
催化剂是一种能够改变化学反应的速率，而本身又不参加最终反应的物质二、催化剂的基本特性1 •催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。
2•催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物结构具有选择性。
3•催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
4.催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。
5•催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂对反方向也有效。
三、催化剂的分类1.根据聚集状态分类固体，液体，气体均相催化反应定义：当催化剂和反应物形成均一相时（气相均相催化反应：气体分子热分解反应；液相均相催化反应：碱催化的水解反应）多相催化反应定义：当催化剂和反应物处于不同相时（催化剂多为固体）2 •根据化学键分类金属键、等极键、离子键、配位键、金属键3•按元素周期律分类主族元素、过渡元素5.按工艺与工程特点分类（以组成结构、性能差异和工艺工程特点为依据）分为多相固体催化剂，均相配合物催化剂，和酶催化剂等三大类。
四、催化剂的化学组成和物理结构1 •多相固体催化剂（使用比例最高）（1 ）主催化剂（活性组分）是起催化作用的根本性物质（2 ）共催化剂是能和主催化剂同时起作用的组分（3 ）助催化剂是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。
助催化剂本身无活性。
①结构助催化剂：能使催化活性物质粒度变小、表面积增大，防止或延缓因烧结而降低活性等。
②电子助催化剂：通过改变主催化剂的电子结构提高活性和稳定性。
③晶格缺陷助催化剂：使活性物质晶面的原子排列无序化，通过增大晶格缺陷浓度提高活性。
②和③合称为调变性助催化剂（4）载体是固体催化剂所特有的组分，起增大表面积，提高耐热性和机械强度的作用，有时还担当共催化剂或助催化剂的角色。
催化剂工程导论
什么是纳米材料？纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料按维度尺寸大小的范围分为①0维 原子团簇 ②1维 纳米线 ③2维 薄膜 ④3维 纳米块按形体分：①粉体材料②晶体材料③薄膜材料效应：①尺寸效应 ②星子效应 ③界面效应 ④体积效应纳米材料的制备气相高温裂解法 喷雾转化法 化学合成法①气相合成SiH 4−−→−C o100↓Si +2H 2 ②凝聚相合成（溶胶—凝聚体）催化剂是影响化学反应的重要媒介物，是开发许多化工产品的关键。
以生产化工产品为目的的化学工业，是一个高技术、多品种的复杂产业。
工业催化剂是小产量而高附加值的特殊精细化学品。
专用化学品一般指专用性质较强，能满足用户对产品性能要求、采用较高技术和中小型规模生产的高附加值化学品或合成材料；而精细化学品，一般指专用性不甚强的高附加值化学品。
催化剂：催化剂是一种能够改变化学反应的速度，而它本身又不参与最终产物的物质。
催化剂的基本特性：1.催化剂能加快化学反应速度，但它本身并不进入化学反应的计量2.催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性3.催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应4.催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置5.催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效 催化剂的分类（1）根据聚集状态的分类：分为气体、液体和固体（2）根据化学键的分类：金属键、离子键、配位键、等极键（3）按元素周期律的分类：主族元素和过渡元素（4）按催化剂组成及其使用功能的分类（5）按工艺与工程特点分类：多相固体催化剂、均相配合物催化剂和酶催化剂主催化剂：是起催化作用的根本性物质共催化剂：能和主催化剂同时起作用的部分助催化剂：是催化剂中具有提高助催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性、抗毒性，机械强度和寿命等性能的组分。
催化剂工程导论2离子交换法制备催化剂
•我国催化甲基叔丁基醚生产成功
2.5.2 由离子交换树脂制备催化剂
分类：
强酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 的磺酸基(－SO3H)
弱酸性阳离子交换树脂：在树脂骨架中含有作为阳离子交换 羧基(－COOH)
阴离子交换树脂：在树脂中含有作为阴离子交换的季胺基型
成型必要性：催化剂的形状、尺寸不同，甚至表面粗糙度 不同，都会影响到催化剂的活性、选择性、强度、床层压 降、导热能力等性能。
改变形状的关键：是在保证催化剂机械强度及压降允许的 前提下，尽可能地提高催化剂的表面利用率。单位体积反 应器内所容纳的催化剂外表面越大，催化剂活性越高。
方法：催化剂异形化。即使催化剂的化学性质、物理结构 没有变化，也可以提高活性，减小压降，改善导热性能。
沸石分子筛的结构(II)
Mp/n[(AlO2)p (SiO2)q]·yH2O 式中p为铝氧四面体的数目， q为硅氧四面体的数目。 每个铝原子和硅原子平均有两个氧原子，如果M的化合价 n＝1，则M的原子数等于铝原子数，如果n＝2，则M的原 于数只是铝原子数的一半。
沸石分子筛的结构(II)
Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]·ZH2O
笼示意图
笼及A型
以笼为结构单元，通过四元氧桥按立方晶格方式相互连 接起来；
笼总共由12个四元环、8个六元环和6个八元环组成的26
面体， 笼的直径为1.44 nm，空腔体积 0.76 nm3
笼及A型
A型沸石分子筛是 8个笼和12个 笼 联结而成，并形成 一个新的更大的笼 叫 笼。
八面沸石笼及X，Y型分子筛
八面沸石笼，以 笼为 结构单元，通过六元氧 环用六个氧桥按四面体 方式同其他四个笼联结 (类似金刚石结构)而构成 X，Y型分子筛的晶体结 构。 可以把八面沸石笼看作 是由笼和六角柱笼包围 而成的 。
催化剂工程导论05
• （二）Cat.微粒形态的观察：ZnO 800℃ Δ ，块状结晶；多孔银，未加热，花边状态 结构；800℃ Δ，密实粗结晶。
• （三）研究在Cat.上进行的反应过程：苯在 铜镍合金上炭生成过程（580－900℃）。 实验条件下观察到有两种炭生成：
•
A型，高温下形成，薄膜
•
B型，较低温下形成，炭
• A型炭生成速度相当大，含80%~40% 的合 金比纯镍对生成炭具有更强的催化活性。
Ｘ光荧光分析还用于元素的定性和半定量的分析。
• 基本原理：布拉格－马尔夫公式
•
nλ＝2dSinθ
• 应用：
•
（一）物相组成测定（P142. 图3-28；
几种Al2O3的X-射线衍射图）
•
（二）晶胞常数测定（晶胞常数：a，b，c；
α，β，γ）
•
（三）线宽法测平均晶粒大小：
•
D=
0.89 B cos
。
B－衍射峰极大值一半处的宽度。
•
（四）广延X-射线吸收精密结构（EXAFS）
分析：涉及原子、分子内部更精细尺度上的特征。
•
（五）多晶结构分析：测定分子筛。
• 三、热分析技术在催化剂研究中的应用
• 热分析：物质受热（冷却）中，物质性 质和状态变化，将此变化作为温度或时 间的函数，来研究变化规律性的技术。
• 二、X射线结构分析在Cat.研究中的应用
•
γ射线－Ｘ射线－紫外光
•
高速电子轰击阳极物质产生，Ｘ射线：连续
光谱，电子减速产生；特征光谱，能级跃迁
•
Ｘ射线结构分析－揭示晶体内部原子排列状
况最有力的工具。
•
主要用于测定晶体物质的物相组成，晶胞常
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课件 (一)
催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课
件 (一)
催化剂工程导论是近年来比较热门的工程学科，它涉及到制备催化剂的多个方面。
其中，工业催化剂常规制备方法是催化剂工程导论的基础内容，下面，我们将针对该课程的主要内容进行分析。
一、催化剂工业制备方法的概述
在这一部分中，讲授催化剂工业制备方法的概念和催化剂生产的基础原理。
我们将学习到在制备催化剂过程中，如何选择合适的原材料、制备催化剂的各种步骤，以及最终形成催化剂的特征。
二、催化剂工业制备方法的分类
在这一部分中，我们将学习到催化剂工业制备方法的分类，这是许多学习者非常关注的内容。
根据工业催化剂的不同特点，我们可以将催化剂工业制备方法分为很多种类。
三、催化剂的物理化学特性分析
在制备催化剂的过程中，催化剂物理化学特性的分析是非常重要的。
这种分析主要是通过表面化学分析、物质分析和形貌分析这三个领域进行的。
在这一部分，我们将详细学习催化剂的各种物理化学特性，并将探究它们如何影响催化剂的性质及其性能。
四、催化剂在工业中的应用
在最后一部分，我们将学习到催化剂在工业生产中的应用。
将分享一些真实的用催化剂制备某种产品的工业故事，并通过了解这些故事，让学习者了解催化剂制备的实用性。
综上所述，催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课程是非常重要的。
学习这门课程将使学习者了解各种催化剂制备方法，包括更现代和先进的方法，因此，它也是催化剂工程导论课程的基础。
学习者将获得催化剂工业制备方法的知识，了解各种催化剂的特性，并掌握如何在工业中应用催化剂及其性能。
催化剂工程导论08
• 一是：仪器精度要求高，特别是响应 时间要短，能与催化反应参量的变化相匹 配、相应答。(目前，Raman光谱法，响应 时间：μs数量级)；傅立叶变换红外光谱 (FTIR—Fourier transform infrared spectrometer)，响应时间：数十毫秒。)
• 换代开发，热力学分析有益于催化剂开 发和作用条件的确定。
• 从热力学分析出发，估计一些可能的反
应通道，做出相应的计算，即所谓反应通 道设计。
• 2. 技术经济初步评价
•
有条件时，结合热力学分析进行。
• 包括二方面： 反应经济性(A)
•
Cat.经济性(B)
• A. 主、副反应产物及原料价格，反应能耗、 制造提纯工艺难易程度，生产规模及利润 等；
• 4）实验结果
• A．反应中间物种判定
• 在氧气氛下，氨在350℃以上化学吸附，形 成NH2-及NH4+物种；在350℃，丙稀与催 化剂中氧（吸附氧，阳离子等物种）发生 反应，出现醛基，羟基伸缩振动引起的特 征峰，部分丙烯氧化生成碳的氧化物和水
• 外，可能生成丙烯醛和丙烯酸等物种，丙 烯中π键与含有空轨道的金属中心离子作用 产生1513cm-1出现。
•
原位IR研究化学反应机理的一般方法：
样品池置于红外操作台上，池内抽真空净
化后，向样品池送入反应原料(脉冲或
• 稳定流动)，并保持反应条件，通过对红外 透明的样品池窗口射入红外光，经透射(将 Cat.压成透明薄片)或反射(Cat.为对红外光 不透明的片状或粉状)后分析。红外仪不断 记录从Cat.表面透射或反射而来的红外光谱 的瞬间信号，从而在原位跟踪样品池内的 真实反应过程历程。
催化剂工程导论06
工厂所需的设计数据。
•
建立成套分析评价方法
• 为了能控制和保证催化剂制造工厂的产品质量， 必须建立一整套包括原料、半成品和产品在内的
分析评价方法。例如，生产微球硅铝裂化催化剂， 就须建立Al2O3、Na2O、Fe、SO2-4等化学组成分 析方法，磨损强度和筛分组成等物理性质测试方
法，活性、蒸汽稳定性等反应性能评价方法，比 表面积、孔体积测定方法等。
580
孔体积 / cm3•g-1
磨损指数 / %
0.57 2.0
0.60 2.2
表3.3 无定型硅铝微球裂化催化剂牌号及典型分析结果
商品牌号 筛分组成 / %
LWC-11
CDW-2
< 20μm
3
3
20～40μm
17
18
40 80μm
18
19
初活性① / % 43
40
蒸汽稳定性② / % 23
率。
• （2）原料达到给定转化程度所需要的温度。 • （3）在给定条件下的总反应速率。 • （4）在特定温度下对于给定转化率所需的
空速。
• （5）从体系的试验研究所推导的动力学参 数。
•
这些表达参量都可由实验室反应器获得，
但没有哪一种完全令人满意。催化剂的优劣次
序常会随选定的表达参量的不同而改变。活性
量② /% /%
性 法)/N•颗-1
609-A 16.0 58.0 118 609-B 15.0 60.0 147 609-C 13.0 58.0 147
浸泡水 中三昼
夜不散
催 化 剂 活 性① 油产率 转化率 /cm3•dm-3 /%
0.54 76 0.54 70 0.55 80
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第一章1.1953年Ziegler-Natta型催化剂的问世，是化工里程碑。
2•合成氨工业是最伟大的工艺开发：把催化剂理论和工艺实际相结合，解决了热力学、催化剂筛选、高压的问题。
3. Wachker :乙烯制备乙醛，采用纯乙烯和纯氧，催化剂原位再生，乙烯大量过剩，维持在爆炸极限上限操作，压力为0.3mpa,温度为373K，乙烯经纯化后再生，依稀的收率打95%.4. 催化剂的基本特性：a催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量b 催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性c催化剂只能加速热力学上可能进行的反应，而不能加速热力学上无法进行的反应d催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置e催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
5. 催化剂按工艺与工程分类：多相固体催化剂，均相配合物催化剂，酶催化剂。
6. 多相固体催化剂包括：主催化剂，共催化剂，助催化剂（结构助催化剂，电子助催化剂，晶格缺陷助催化剂），载体，其他。
第二章1. 工业催化剂的传统制造方法：沉淀法，浸渍法，混合法，离子交换法，热熔融法。
2. 沉淀法分为：单组分沉淀法，共沉淀法，均匀沉淀法，浸渍沉淀法，导晶沉淀法。
3. 沉淀法的流程：两种以上的金属盐溶液-混合-沉淀剂-沉淀-晶型或非晶型的沉淀-洗涤干燥焙烧-研磨成型活化-催化剂。
4. 共沉淀：将两个或多个组份同时沉淀。
关键：T、PH 搅拌程度，加料顺序5. 均匀沉淀：首先使沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合，形成均匀的体系，调节温度和时间，逐渐提高PH 是沉淀缓慢进行。
关键：沉淀剂的选择温度和PH的控制。
6. 洗涤：沉淀法制备催化剂特有的操作EG硝酸铝和氨水-中和-洗涤-老化-过滤-酸化-成型-干燥-煅烧-成品7. 沉淀剂的选择原则：a尽可能使用易分解挥发的沉淀剂b形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤c沉淀剂的溶解度要大d沉淀物的溶解度应很e沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染。
8. 沉淀形成的影响因素：浓度，温度，PH值，加料方式和搅拌强度。
9. 浸渍法：载体的沉淀-洗涤干燥-载体的成型-用活性组分溶液浸渍-干燥-分解-活化-负载型金属催化剂。
10. 成型方法：压片成型，挤条成型，喷雾成型，转动成型。
11. 焙烧的目的：a通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（如CO2、NO2、NH 3），使之转化为所需的化学成分，其中可能包括化学价态的变化b借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等c让微晶适度地烧结，提高产品的机械强度。
12. 陈化的目的：获得颗粒大小较为均匀的粗晶体。
洗涤的方法：倾析法和过滤法。
13. 如何选择载体：物理，孔结构、比表面积、吸附热、稳定性、导热性、传导性能。
化学：活性导电性。
14. 活性组分载体的分布与控制：加竞争吸附剂EG、镍/氧化铝重整催化剂的制备：载体-一次浸渍-干燥-焙烧-二次浸渍-干燥-焙烧-成品a、载体的制备：用铝酸钙水泥和@氧化铝，石墨，木质素、经球磨混合2h，加水造粒压制成拉西环，用饱和水蒸气加热养护12h, 100 C 烘干2h在1400 C焙烧12h，及为载体。
b、原理：一方面是因为固体的孔隙与溶液接触时，由于表面张力的作用而产生毛细管压力，是液体渗透到毛细管内部，另一方面是活性组分在载体表面上吸附。
15. 催化剂成型的原则：a保证催化剂机械强度和压降的前提下，尽可能提高催化剂的表面的利用率b催化剂颗粒的形状，尺寸和机械强度要与相应的催化反应过程和催化反应器相匹配EG国产SO2氧化钒系催化剂硅藻土+水T水洗T酸处理T带酸过滤T干燥f精制硅藻土苛性钾T化碱T化钒T澄清T中和T V2O5+K2SQ T 混合碾料T挤条T干燥T过筛T焙烧T过筛T包装T产品第三章1. 催化剂指标1.活性：指催化剂效能的高低，是最重要的性能指标2选择性：用来衡量副反应能力的大小3寿命：催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间；2. 催化剂评价：指对催化剂化学性质的考察和定量描述；测试：一般侧重于工业催化剂的物理性质的测定；表征：着眼于催化剂的活性，选择性和稳定性与其物理与物理化学性质之间的联系和规律性3. 动力学研究的意义和作用:a提供数学模型，反映出温度、空速、压力等对反应速率、转化率、选择性的影响规律，为催化剂及催化反应器的设计提供科学依据b弄清化学反应的机理，了解关键组分的主副反应的动力学特许证，找到催化剂局部改进及换代开发的方向4. 实验室反应器：积分反应器、微分反应器、无梯度反应器5. 评价流程：原料气T反应器T生成物（组成、分析中心（管式）分离、计量分析预热、净化）动力学研究1空白试验T排除反应器材质对实验的干扰2预实验T确定混合的气流速度（消除内扩散）和粒径（消除外扩散）3实验结果处理T本征动力学模型的建立、转化率、选择性、反应速率的确定及模型参数的优化和检验动力学方程的求取评价试验是改变催化剂不改变条件，动力学研究是改变条件不改催化剂6. 消除管壁效应：12>dr/dg>6时可消除管壁效应；7催化剂的物理性质的测定：。
宏观物理a、颗粒直径与粒径分布：沉降X射线光透、电镜-小型图像仪、激光全散射b、机械强度：压碎强度、磨损性能c、抗毒稳定性：毒物-永久性、短暂性d、比表面与孔结构：3种密度、3种孔结构；BET法；堆密度<颗粒密度< 真密度；气体吸附量的测定方法：容量法、重量法、色谱法；r<10nm 微孔；10<r<200nm 粗孔；r>200nm大孔；孔径测定法：气体吸附法、压汞法O2微观性质：XRD: D=0.89L/Bcos O、TEM、SEM XPS DTA TC AES IR8消除内外扩散：内：选定反应器，改变待测催化剂粒径大小，测反应速率，速率不变，无内扩散。
夕卜：两个实验装填量不等其他相同，不同气体流速反应，测随气流速度的转化率。
第四章1. 工业催化剂的开发：催化剂的设计、制备、测试、评价各方面，包括实验室小试，中试，大厂生产等。
催化剂的开发程序：实验室工作（资料准备，催化剂参考样品的剖析，配方筛选）；扩大试验（中型制备试验，中性评价试验），工业生产阶段。
2. 实验室工作中催化剂参考样品的剖析：①通过化学分析与物理测试，推断催化剂样品的原料，配方，工艺及制备条件。
②通过对催化剂活性，选择性，机械强度及其他性能的评价测试及表征，了解样品基本性能特点。
3. 催化剂参考样品的剖析的的目的：①通过化学分析和物理测试，推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺及主要制备条件；②通过对催化活性、选择性、机械强度及其他性能测试和表征，了解参考样品的基本性能特点，为待开发催化剂提供比较基准。
4.ICI46-1与46-4催化剂的剖析：过程：外观-物理性质-元素组成分析-某些元素的分布-物相组成的测定-差热谱图-还原性的考察-活性组分镍晶粒大小和吸附氢气量的测定-热稳定性的考察-活性和抗积碳性能的测46-1 :①结构模型：以高岭土，氧化铝以及Mgo为载体，钾，氧化钙为助剂，镍为活性组分，850度高温处理胶黏型催化剂。
②工艺特点：由高岭土，氧化钙，氧化镁，铝盐一起沉淀，以铝酸钙水泥为胶黏剂，成型养护热处理浸钾，700-850热处理而得。
46-4 :①结构模型：将催化剂预先烧成载体，载体以a -AI2O3为骨架，纯铝酸钙水泥为胶黏剂，温热处理成孔隙发达的高强度载体。
②工艺：预先烧好载体后浸镍。
5. 放大实验：原料的影响：（杂质，成分多变）。
设备的放大效应：扩容带来的传质传热不均使产品下降。
6. 催化剂设计：为某一特定的化学反应创制最佳催化剂的战略性策划。
7. 研究催化剂设计的目的：①催化剂功能对控制化学反应起重要作用。
②为使催化剂开发中被测试催化剂数量尽可能少，避免盲目性。
8. 催化剂设计程序：dowden：靶反应-化学计量分析-热力学分析-分子反应机理-表面反应机理-反应通道-催化剂性质-催化剂材料-推荐的催化剂。
米田幸夫催化剂设计：给出目的反应-虚拟反应机理-选择有关部分反应的基本催化剂9. 为什么进行热力学分析与反应通道的设计：①新开发的过程如不了解反应方向与限度，可能热力学不可能，无工业价值。
②对热力学可能反应，要了解反应通道的生成物可能达到的限度。
10. 原材料的选择：①主催化剂的选择（从活性样本判断，从吸附与吸附热判断，性，电子态效应）② 助催化剂（调变性，结构性）③结构性助催化剂（熔点高，热稳定、对反应惰性，不与活性组分发生化学变化）④ 载体的选择：工艺角度：活性选择性可再生性。
化学角度：组分间相互作用。
物理：比表面积（影响活性）孔隙率（影响传质传热）颗粒尺寸与形状（孔隙率，阻力降）机械稳定性第五章中间物种的形成和转化产物分子的脱附再吸附或进一步转化6. 催化剂化学反应的机理举例原位红外（IR）光谱技术与原位拉曼光谱技术7. 原位红外和红外光谱的区别a红外光谱：研究个种分子在催化剂表面的吸附态，而且这些信息的获得是反映没有发生时测得b原位红外光谱：在阐明催化剂反应机理时，在反应条件是所获得条件下所获得的吸附物种的类型结构性能等催化剂表面工作的各种动态信息。
第八早1. 催化剂失活的原因：沾污，烧结，积碳，组分流失，中毒。
2. 催化剂的毒物：化学型毒物（暂时性毒物，可逆中毒；永久性毒物，不可逆中毒）；选择型毒物3. 造成积碳的原因：水碳比失调，负荷增加，原料油重质化，催化剂中毒或钝化，温度和压力大幅度波动。
4. 催化剂衰退的一般对策：a在不引起衰退的条件下使用b增加催化剂自身的耐久性c衰退1. 当今催化理论的研究其主要特点是：通过多相均相和生物酶三者相互渗透与融合，首先催化剂的再生。
5. 催化剂中毒：原料中极少的杂质导致催化通过弄清分子配合物与酶的催化作用本质，并建立起来正确的催化模型，已达到科学选择催化剂的目的。
2•催化设计理论：1.1968年英国科学家首次剂活性迅速下降的现象6.活性氧化铝的制备：（单组份沉淀法）碱法：①原料选择：AI2（SO4）3,AICI3与Al （NO3）3沉淀物颗粒直径依次增大提出催化设计的构思 2.日本学者米田幸夫提②沉淀剂的选择：NaOH,NH3H2O,Na2CO3得出数值的触煤学3.澳大利亚科学家扩大了催化设计的范围涉及催化分子水平的设计。
到的颗粒物直径依次减小③PH值：AI（0H）3 PH V 7无定形，PH=9针状4.1984年我国浙江大学金松涛提出集团结构沉淀，PH> 10球状沉淀适应理论。
④洗涤介质：用水洗孔容比表面积较低，用异丙醇洗孔容比表面积较高第一章1.1953年Ziegler-Natta型催化剂的问世，是化工里程碑。