第4章 催化剂制备与使用(简化)
第四章 催化剂
一种催化剂只能选择性地加速某一或某些特定的化学反应， 意即同一催化剂对于不同的反应具有不同的催化活性，称 催化剂选择性。利用催化剂对反应的选择性来控制原料的 化学转变方向，在化学工业中有重要意义。 在可逆反应中，对于正、逆反应的速度，催化剂是以同样 的倍率产生影响的。所以催化剂虽然能加速化学反应， 但它不能改变化学平衡常数，只能影响反应向平衡状态推 进的速度。例如铂、钯催化剂可使苯加氢转变为环己烷， 但在有利于脱氢反应的热力学条件下，它们亦可使环己烷 脱氢成苯。
Ⅱ、线缺陷（一维缺陷）——位错
指晶体中某处有一列原子发生有规 律的错排现象称为位错（dislocation）。
分类
刃型位错（Edge Dislocation） 螺旋位错（Screw Dislocation）
Ⅲ、面缺陷（二维缺陷）——晶 界和亚晶界
面缺陷（ Planar Defect ）又称为二 维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体 中的周期性、规则性排列而产生的缺陷， 即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维 方向上很小。金属晶体中的面缺陷主要有 晶界和亚晶界。
②原子个数比表示法
3.
性能参数 ①比表面积（用BET公式测定）；
②密度； ③孔结构参数（孔隙率、比孔容、平均孔径）； ④机械强度 ⑤气体流通性－－压力降
4.
催化剂作用的基本原理
催化反应过程，尤其是多相催化反应，是一个 复杂的过程，包括了扩散、吸附、表面反应、 脱附、再扩散等步骤。每一步骤又分别涉及到 物理、化学、量子化学、反应工程等基本原理。
5. 几种常用的催化剂载体
① 氧化铝 作为催化剂载体的多用多孔性氧化铝，它 有8种晶型，作为催化剂和载体使用的是γ和η型氧化 铝。
制法：水合氧化铝加热失水；用铝酸钠和硫酸铝中和， 再烧制。 催化活性中心形成：①氧化铝在焙烧中残留有羟基，失 水形成路易斯碱中心；②表面原子的丢失形成空缺或晶 体中的缺陷；③制备过程中带入的微量杂质。
催化剂的制备和使用
过饱和度
温度的影响
溶液的过饱和度与温度有着密切的关系。 溶液的过饱和度与温度有着密切的关系。T↑S↓，使晶核生成速率 ；T↓S↑ ，使晶核生成速率↓； 使晶核生成速率↑。考虑能量作用因素， 低时， 使晶核生成速率 。考虑能量作用因素，当T低时，分子能量很低，则晶核生成 低时 分子能量很低， 速率仍很小。随着温度的提高，晶核生成速率可达到一极大值。结果表明， 速率仍很小。随着温度的提高，晶核生成速率可达到一极大值。结果表明，对应 于晶核生成速率最大的温度，比晶核长大最快时所需温度低得多， 于晶核生成速率最大的温度，比晶核长大最快时所需温度低得多，即在低温时有 利于晶核生成，而不利于晶核长大，故低温沉淀时可得到细小颗粒。 利于晶核生成，而不利于晶核长大，故低温沉淀时可得到细小颗粒。 晶 核 生 成 速 率 温度 温度对晶核生成速率的影响
表面反应速率： 表面反应速率：
dm = k ′A(C ′ − C*) dt
——（4－3） － ）
k’：表面反应速率常数 ： C*：固体表面浓度， C*：固体表面浓度，即饱和溶解度 稳态平衡时，二者速率相等。 稳态平衡时，二者速率相等。
则有： 则有：
dm A(C − C*) A(C − C*) = = 1 δ 1 1 dt + + k′ D k ′ kd
⑶焙烧
催化剂的活化：催化剂从钝态变为活泼态的过程。 催化剂的活化：催化剂从钝态变为活泼态的过程。 焙烧的作用： 焙烧的作用： ①通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（CO2、 通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（ NO2、NH3等）使之转化为所需的化学成分和化学形态。 使之转化为所需的化学成分和化学形态。 ②借助固态反应，互溶和再结晶获得一定的晶型，微晶粒度， 借助固态反应，互溶和再结晶获得一定的晶型，微晶粒度， 孔径和比表面等。 孔径和比表面等。 ③成型后焙烧，可使微晶适当烧结，以提高催化剂的机械强度， 成型后焙烧，可使微晶适当烧结，以提高催化剂的机械强度， 还可通过造孔作用使催化剂获得较大孔隙。 还可通过造孔作用使催化剂获得较大孔隙。 焙烧温度要适当，过低达不到活化目的，过高会造成烧结， 焙烧温度要适当，过低达不到活化目的，过高会造成烧结， 使催化活性下降。 使催化活性下降。实际操作中焙烧通常在略高于催化过程的温度 下进行。 下进行。
催化剂制备
催化剂制备
催化剂是一种特殊的物质，能够改变物质的化学反应速率，在化学催化的加工工艺中，它们扮演着重要的角色。
催化剂的制备一般需要一个彻底的步骤，一般可以分为准备，加工，测试三个步骤。
在准备阶段，首先需要准备原始原料，然后按照配方将原料混合煅烧，进行桥氰化、氧化和其它必要的反应。
在加工阶段，首先需要制备合格的原料，包括金属氧化物粉体，这种原料可以由微粉磨机研磨成标准粒径，并且粒径分布要满足相关的技术要求。
然后，将备好的原料混合煅烧，以获得预期的催化剂。
最后，要对所制备的催化剂进行测试，测试反应速度和作用力学活性。
如果测试结果不理想，则需要重新准备材料，重新混合煅烧，再次测试，以确定最终的制备工艺参数，最后，可以实现理想的催化剂制备。
催化剂的制备不仅需要类似的步骤，而且需要对原料的分散程度，反应的温度，时间和粒度要严格控制和管理。
该过程中，催化剂的结构及其活性也有很大对于最后产品质量的影响，必须仔细研究和加以改进，以获得理想的结果。
只有经过在此过程中谨慎地实践，才可以制备出质量优良的催化剂，以满足工业的需求。
第四章金属催化剂及其催化剂作用 2
第四章金属催化剂及其催化作用4.1 金属催化剂的应用及其特性4.1.1 金属催化剂概述及应用金属催化剂是一类重要的工业催化剂。
主要包括块状催化剂，如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等；分散或者负载型的金属催化剂，如Pt-Re/-Al2O3重整催化剂，Ni/Al2O3加氢催化剂等；4.1.2 金属催化剂的特性几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。
过渡金属能级中都含有未成对电子，在物理性质中表现出具有强的顺磁性或铁磁性，在化学吸附过程中，这些d电子可与被吸附物中的s电子或p电子配对，发生化学吸附，生成表面中间物种，从而使吸附分子活化。
金属适合于作哪种类型的催化剂，要看其对反应物的相容性。
发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。
除表面外，不深入到体内，此即相容性。
如过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，因为H2很容易在其表面吸附，反应不进行到表层以下。
但只有“贵金属”（Pd、Pt，也有Ag）可作氧化反应催化剂，因为它们在相应温度下能抗拒氧化。
故对金属催化剂的深入认识，要了解其吸附性能和化学键特性。
4.2 金属催化剂的化学吸附4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系不同的金属催化剂的化学吸附能力取决于各种因素，包括金属化学性质、气体化学性质、金属结构、吸附条件等等，见表4－3。
1 具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附2 电子云重叠少，吸附弱；电子云重叠多，吸附强。
3 气体的化学性质越活泼，化学吸附越容易。
4 吸附条件也有一定影响。
低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附（但不能太高，否则TPD怎么做？）。
压力增加对物理吸附和化学吸附都有利。
4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系金属催化剂催化活化的过程可以看成是化学吸附的过程，化学吸附的状态与金属催化剂的逸出功及反应物气体的电离势有关。
1 电子逸出功：将电子从金属催化剂中移到外界所需的最小功，或电子脱离金属表面所需的最低能量。
第4章各类催化剂及催化作用
有机无机固体复合碱——强度均一，活性组分不会
流失，但热稳定性同样较差，不能应用于 高温反应，
（如负载有机胺合剂胺碱的分子筛）
无机固体碱——碱强度范围可调，热稳定性好—重要 （如金属氧化物、水合滑石类阴离子粘土
或负载类固体碱等）
制备：将KNO3负载在分子筛上，在873K下活化即可。
三. 酸、碱中心的形成与结构
(b) 影响酸、碱位产生的因素： （1）二元复合物的组成 （2）二元复合物的制备方法 （3）预处理温度 典型的二元复合氧化物——SiO2 、Al2O3、TiO2系列 SiO2 系列 —— SiO2-Al2O3研究最深入最广泛。 ——SiO2-TiO2研究很多的强酸性固体催化剂 Al2O3系列——MOO3- Al2O3应用较广（加氢脱硫、脱氮 催化剂就是用CO、Ni对其改性成二元硫 化物得到的。 TiO2系列——最近的研究在增加
用TPD法研究阳离子交换分子筛的吸附性能结果
有两个峰
1) 426K时 对应弱酸位
2）723K时 对应强酸位
固体酸的强度：
给出质子（B酸强度） 或接受电子对 的能力L酸强度） 酸量/度： 单位重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数
（mmol/wt or m2），酸量即酸度，指酸的浓度。
[2]、固体碱性质的描述 固体碱强度： 表面给出电子对（给固体酸）或表面吸附 的酸转化为共轭碱的能力。
[1] 金属氧化物
a.单组分碱金属氧化物作为碱催化剂，已知的仅有Rb2O /氧化铷—催化丁烯异构化。（高温处理后活性很高） b.碱土金属氧化物中做固体碱催化剂的有MgO、CaO、SrO （氧化锶—由氢氧化物或碳酸盐热分解得到） 它们碱性和给电子性都很强。（例如：它们可以在其 表面吸附电中性分子而形成阴性自由基） 这种给予电子的部位（L碱）不同于一般碱位（B碱）
催化剂制备流程
实验方案采用酸化后凹凸棒土(ATP)做载体，通过分步浸渍法分别浸渍含量为10%Ni 与杂多酸催化剂制备：酸化凹凸棒土：配制一定浓度的5 mol/L 的硝酸，取20 g ATP 粉末置于500 mL 烧杯中，向烧杯中加入100 mL 的5 mol/L 硝酸溶液搅拌均匀后封口置于水浴锅中60 ℃ 恒温搅拌2 h ，，以去离子水洗至上层清液为中性，酸化后ATP 洗至中性，取出烧杯于常温下静置，进行抽滤，获得滤饼。
将滤饼于100 ℃烘箱中干燥12 h ，研磨粉碎、过筛，最后在600 ℃ 下煅烧4 h ，升温速率4 ℃/min 。
1、负载活性金属：（1）Ni 负载总量为10%， 则：% 105N N =+ N=5/9 g 1 Ni 1 Ni(NO 3)2·6H 2O带入：g 2.7528290.8158.69X M M m m 硝酸镍Ni Ni 硝酸镍=⨯=⋅= 称取2.7528 g Ni(NO 3)2·6H 2O 置于250 mL 烧杯中，加入80 mL 去离子水完全溶解，形成溶液I 。
称取5.00 g 实验室改性后的ATP ，加入溶液I 中，封口后在常温下搅拌2小时，充分混匀后置于水浴锅中恒温60 ℃ 搅拌12 h ，之后在90 ℃ 恒温水浴锅中搅拌至蒸干，蒸干过程用少量去离子水冲洗内壁，已达到充分混合。
蒸干后收集置于烘箱干燥12小时，研磨粉碎、过筛，最后在管式反应炉中500 ℃ 煅烧4h ，升温速率2 ℃/min 。
固体收集后称为Ni/ATP 。
2、负载杂多酸：取计算好的含量占10 %的杂多酸置于烧杯中，加水完全溶解，再加入 5 g Ni/ATP ，充分混匀后置于60 o C 水浴锅中搅拌12 h ，之后蒸干，干燥、研磨后收集记为HPA-Ni/ATP 。
催化剂常用制备方法详解课件
03 催化剂制备过程中的影响 因素
原料纯度
总结词
原料纯度是影响催化剂性能的重要因 素，高纯度的原料可以制备出高活性 的催化剂。
详细描述
原料中的杂质会降低催化剂的活性， 影响催化效果。因此，在制备过程中 应选择高纯度的原料，并严格控制原 料中的杂质含量。
反应温度
总结词
反应温度是影响催化剂活性的关键因素，合适的温度可以提高催化剂的活性。
催化剂常用制备方法 详解课件
目录
CONTENTS
• 引言 • 催化剂的常见制备方法 • 催化剂制备过程中的影响因素 • 催化剂性能的评价与表征 • 案例分析
01 引言
目的和背景
01
催化剂在化学反应中起着至关重 要的作用，能够降低反应活化能 ，加速反应进程。
02
催化剂制备方法的优化和控制对 于提高催化性能和实现工业化生 产具有重要意义。
一种通过加热分解的制备方法
详细描述
热解法是一种通过加热分解的制备方法，将有机物或无机物在高温下进行热解，得到所 需的催化剂组分。该方法具有操作简单、产物纯度高等优点，适用于制备碳材料、金属 氧化物等类型的催化剂。同时，热解法还可以与其他方法结合使用，如热解浸渍法、热
解共沉淀法等，进一步提高催化剂的制备效率和性能。
表征手段
采用X射线衍射、扫描电子显微镜、程序升温还原和化学 吸附等手段对催化剂进行表征，确定其晶体结构、形貌、 还原性能和活性组分含量等信息。
案例二：不同制备方法对催化剂性能的影响
对照实验设计
采用溶胶-凝胶法、沉淀法和微乳 液法制备同一种催化剂，比较其 性能差异。
性能测试
分别对不同方法制备的催化剂进 行反应活性、选择性、稳定性和 循环使用性能等测试。
催化剂的制备及其在化学反应中的应用
催化剂的制备及其在化学反应中的应用催化剂是指能够极大地提高化学反应速度的物质，是许多化学反应工业化生产中不可或缺的一环。
催化剂制备的方法有很多种，其中包括物理法、化学法、生物法等等。
物理法催化剂制备主要是利用物理性质来制备催化剂。
首先要获得纯净的金属材料，然后将其加工成处理器件，最后在特定的温度和气压下进行处理，形成催化剂。
化学法催化剂制备主要是把化学反应过程作为催化剂制备的过程。
例如有机合成中使用的氧化钒催化剂，就是将钒以某种特定的方式与其他化合物反应，在适当的条件下制备而成。
生物法催化剂制备主要是利用生物学的技术和知识制备催化剂。
例如酶制造，就是使用基因工程技术生产特定的酵素，然后将其用作催化剂。
同时，生物法还包括利用生物体内的酵素或细胞作为催化剂的方法。
催化剂在化学反应中起到至关重要的作用，能够加速化学反应进度，改善反应条件，提高反应产率和化学反应的选择性等。
催化剂在大量的化学反应中都得到了广泛的应用，下面主要介绍几个典型的应用。
1. 环氧化反应环氧化反应是乙烯与过氧化氢反应生成环氧乙烷的反应。
在反应中，过氧化氢水解为氧气和水，同时氧原子与乙烯发生加成反应生成环氧乙烷。
在该反应中，以钒、钼等过渡金属或酸性凝胶催化剂为固定的催化剂可以起到非常好的效果，使环氧乙烷的收率大大提高。
2. 氧化反应氧化反应是指将有机化合物中含有的碳、氢等元素氧化为更氧化状态的的反应。
氧化反应在很多有机合成中都得到了广泛的应用，如制备甲醇、丙烯酸、吲哚等。
在这些反应中，空心球化铁酸催化剂的使用能够使化学反应效果得到优化，在反应的选择性和收率上都有很好的表现。
3. 加氢反应加氢反应是将烯烃或芳香烃中的π键和氢气加成生成饱和化合物的反应。
加氢反应是许多化学反应中的关键步骤，也是制备化学品的一项重要工艺。
在加氢反应中，钯、铱、铂、镍等催化剂经常用来催化反应，以使效果达到最优。
总的来说，催化剂的制备和利用已经成为现代化学生产中非常重要的一部分。
催化剂的制备
S dm/dt
诱导期
过饱和度（S=C/C*）与时间（t）的关系 t
晶核生成数目（n）与时间（t）的关系 t
晶核长大的总体积（V）与时间（t）的关系 t
沉淀类型
晶核生成速率 >> 晶核长大速率： 离子很快聚集成大量晶核，溶液的过饱和度迅速下降，溶液 中没有更多的离子聚集到晶核上，于是晶核就迅速聚集成细 小的无定形颗粒，得到非晶形沉淀，甚至是胶体
晶核的长大
— 溶质分子在溶液中扩散到晶核表面，并按一定的晶格 定向排列，使晶核长大成为晶体
— 类似于“带有化学反应的传质过程”
扩散：溶质分子扩散通过液固界面的滞流层 表面反应：分子或离子定向排列进入晶格
晶核长大速率：
dm kA C C n
dt
n 1~ 2
单位时间内沉积的固体量
干燥与焙烧
干燥目的：去除水分 干燥条件：干燥温度（60-200 oC）、干燥时间 干燥影响：对催化剂物理结构（孔结构）有影响
焙烧目的：
通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性杂质（CO2、 NO2、NH3），使其转化成所需的化学成分和化学形态
借助固态反应、互溶和再结晶获得一定的晶形、微晶粒度、 孔径和比表面积等
常用的均匀沉淀剂母体
沉淀剂 OHPO43-
C2O42SO42SO42-
母体 尿素 磷酸三甲酯 尿素与草酸二甲酯 或草酸 硫酸二甲酯 黄酰胺
沉淀剂 S2S2-
CO32CrO42-
母体 硫代乙酰胺
硫脲 三氯乙酸盐 尿素与பைடு நூலகம்CrO4-
超均匀共沉淀法
将沉淀操作分两步进行：首先制成盐溶液的悬浮层，然 后将悬浮层立刻瞬间混合成均匀的过饱和溶液。经一段 时间（诱导期）后，形成超均匀的沉淀物
催化剂制备及应用
催化剂制备及应用催化剂是一种能够加速化学反应速率，同时不被反应所消耗的物质。
催化剂在许多工业过程中起到重要的作用，可以提高反应产率，降低能耗，减少废物产生等。
下面将首先介绍催化剂的制备方法，然后探讨催化剂在各个领域的应用。
催化剂的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。
物理法主要通过物理方法调整催化剂的形貌和结构。
例如，可以通过溶胶凝胶法合成具有特定孔径和表面积的催化剂颗粒。
化学法则是利用化学反应合成催化剂，常用的方法包括共沉淀法、沉积法、水热合成法等。
例如，通过改变沉淀反应的温度、pH值、反应物浓度等条件，可以得到具有不同晶相和组成的催化剂。
生物法则是利用生物体制备催化剂，例如利用酶或微生物合成特定催化剂。
这些制备方法可以根据所需催化剂的性质和应用领域选择合适的方法。
催化剂在化学工业中具有广泛的应用。
以催化裂化为例，它是石油炼制中的重要工艺，能将重质石油分子裂解为轻质燃料和化工原料。
在催化裂化过程中，使用沸石作为催化剂可以提高反应选择性和产率。
此外，催化剂还在有机合成、氧化还原反应等领域有重要的应用。
例如，金属催化剂可以催化羰基化合物的加氢反应，将醛酮还原为相应的醇。
此外，催化剂还广泛应用于环境保护领域，例如汽车尾气净化中使用的三元催化剂可以将一氧化碳、氮氧化物和有机物转化为无害物质。
催化剂的应用还延伸到能源领域。
例如，在燃料电池中，催化剂可以加速氧气的还原反应和燃料的氧化反应，将化学能转化为电能。
铂是燃料电池催化剂中常用的材料，因为它具有良好的催化活性和稳定性。
此外，催化剂还可以应用于可再生能源的转化和利用中。
例如，光催化剂可以通过光激发产生电子-空穴对，从而催化水的光解制氢，为可再生能源提供氢燃料。
此外，催化剂在生物医药领域也具有广泛的应用。
例如，有机合成中催化剂的应用可以高效合成复杂的药物分子。
此外，酶催化剂可以用于生物转化和生物分析等领域。
例如，葡萄糖氧化酶可以将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，用于血糖检测。
第四章-催化剂载体及助剂
载体的概念
载体是活性组分及助剂的骨架，通 常为具有足够机械强度的多孔性物 质
载体的类型
依据来源分类 天然物质 人工合成
载体的类型
依据比表面大小
低比表面积载体：比表面积<20m2/g（无孔低 比表面载体，如石英粉、SiC及钢铝石，比表 面积<1m2/g以下，硬度高、导热性好、耐热性 好，常用于热效应较大的氧化反应；有孔低比 表面载体，如浮石、SiC粉末烧结体、耐火砖、 硅藻土及烧结金属等，特点是在高温下有稳定 的结构，具有较高的硬度和导热系数）
副反应的发生，例如对于高熔点、低表面的载 体。但对于一些特殊的反应过程，可以利用载 体的表面性质（如酸碱性）提供适宜的活性中 心，以改善催化剂的反应性能。
载体的作用
提供活性中心 例如，双功能铂重整催化剂Pt/γ-Al2O3，金属 承担加氢和脱氢的功能；酸性γ -Al2O3载体承 担裂解、异构和环化等功能。
二氧化钛 具有锐钛矿、板钛矿和金红石三种结晶状态 板钛矿不稳定难以合成；锐钛矿在较低温度下
生成，比表面较大；锐钛矿在600～1000oC加 热变为金红石，比表面急剧下降
常用载体简介
二氧化钛 TiO2表面具有酸性，以L酸中心为主，不
同的制备方法可以调变其酸性 如含1-10%其他金属氧化物可显酸性，
载体的作用
提高催化剂抗中毒性能 催化剂使用过程中常会因各种原因而失
活，尤其是一些金属催化剂，如在反应 物中含有可以与活性组分发生结合反应 形成稳定的化合物时活性会明显下降， 即催化剂中毒
载体的作用
提高催化剂抗中毒性能 例如，烃类蒸汽转化催化剂的活性组分Ni与S
或Cl接触时会形成稳定的硫化物或氯化物，若 将金属活性组分负载于载体上，可以提高催 化剂的抗中毒能力，不仅由于载体使活性表 面增加，降低对毒物的敏感性，而且载体还 有分解和吸附毒物的作用。
高效催化剂的制备和应用
高效催化剂的制备和应用催化剂是一种能够促进化学反应的物质。
催化剂可以降低反应的活化能，使得反应更容易发生。
催化剂在化学工业、环境保护和生物学等领域有着广泛的应用。
高效催化剂的制备和应用已经成为了研究的热点之一。
催化剂的制备催化剂的制备通常需要通过多步反应来实现。
最常用的方法是沉积法，通过在活性载体上附着催化剂的方式来制备催化剂。
这种方法的优点是催化剂的形状易于控制，具有较高的选择性和反应速率。
另一种方法是溶胶凝胶法，通过在溶胶中向适当的催化剂前体加入一定的试剂，形成胶体，再将其烘干，形成固体态催化剂。
这种方法制备的催化剂具有高比表面积和较高的催化活性，但难以控制催化剂的形状和分散性。
催化剂的应用催化剂的应用范围非常广泛，下面将列举几个具有代表性的研究领域。
1. 化学催化：催化剂在有机化学反应中有着广泛的应用。
例如，钯催化的Suzuki偶联反应、不对称氢化、不对称环氧化、环加成反应等。
这些反应可以制备高纯度的化合物，提高反应的选择性和产率。
2. 环保催化：催化剂在环保领域发挥着重要作用。
例如，三元催化剂的氧化反应可以在低温下使得有害气体变得无害。
催化剂还可以用于处理废水和废气等环境问题。
3. 能源催化：催化剂对于能源开发和利用也具有很重要的作用。
例如，铂催化剂被广泛用于制备汽车废气处理催化转化器，这可以将发动机的有害废气转化为无害气体。
此外，燃料电池、燃煤污染控制、天然气转化等领域也需要使用催化剂。
总结催化剂在化学、环境和能源等领域有着广泛的应用。
高效催化剂的制备需要经过多步反应，通常使用沉积法和溶胶凝胶法。
催化剂的应用涵盖了很多领域，包括化学反应、环保、能源等。
未来，催化剂将继续扮演着重要的角色，推动人类社会的进步。
催化剂制备流程
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在进行催化剂制备之前，需要进行充分的准备。
1. 确定催化剂类型和性能要求：首先要根据具体的反应需求明确所需催化剂的类型，比如是固体催化剂、液体催化剂还是气体催化剂等，同时确定对催化剂活性、选择性、稳定性等性能方面的具体要求。
催化剂的制备方法 PPT
第一节 沉淀法
二、各类沉淀法
（三）均匀沉淀法 均匀沉淀法：先将带沉淀的金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合， 预先造成十分均匀的体系，然后调节温度和pH值，或在体系中 逐渐生成沉淀剂等方式，创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢的形 成，以制得颗粒十分均匀且比较纯净的的沉淀。
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术要点
（一）金属盐和沉淀剂的选择 1、盐的选择
首选硝酸盐；原因：硝酸盐的大多溶解于水，并可方便地由其 对应的金属、氧化物、氢氧化物、碳酸盐等与硝酸反应制备。 2、沉淀剂： ①NH3•H2O、(NH4)2CO3等，因为它们在沉淀后的洗涤和热处理时易 于除去而不留残留； ②若用KOH、NaOH，要考虑Na+、K+的残留，且KOH较昂贵； ③NaOH、Na2CO3也是较好的选择，特别是Na2CO3，不但价格低廉， 而却常易于形成晶体沉淀，易于洗净。
对于晶形沉淀，沉淀应在较热的溶液中进行，这样可使沉淀的 溶解度略有增加，过饱和度相对降低，有利于晶体成长增大。同 时，温度越高，吸附的杂志越少。对与非晶形沉淀，在较热的溶 液中沉淀也可以使离子的水合程度较小，获得比较紧密凝聚的沉 淀，防止胶体溶液的形成。
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术
（二）沉淀形成的影响因素 3、pH值 由于沉淀用碱作为沉淀剂，因此沉淀物的生成在相当程度上
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术
（一）金属盐和沉淀剂的选择 2、沉淀剂 选择原则： ①尽可能使用易于溶解易分解的沉淀剂。
NH4OH、 （NH4 ）2 CO3 、草酸铵、尿素等，在沉淀反应完成后， 经洗涤、干燥、焙烧，大多可以除去，为制备纯度高的催化剂创 造了条件。
工业催化剂的制备过程与使用
超均匀共沉淀法制备的硅酸镍催化剂与由氢氧化镍和硅胶 混合得到的催化剂，其结构和催化性能不同：
→ 电子显微镜和X射线分析表明，超均匀共沉淀物为无定 型极微细的匀相物，是多核金属氧化物的水凝胶。
→ 超均匀共沉淀法制备的催化剂在氢气中加热到500℃时 对苯核加氢呈现高的选择性，没有断裂C－C键的能力； 混合法制备的催化剂正好相反。
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长大：
形成晶核后，溶质在晶核上不断地沉积，晶粒不断长大。 晶粒长大过程相似于化学反应的传质过程，分两步： → 溶质分子向晶粒的扩散过程； → 溶质分子在晶粒表面的沉淀反应过程。
老化： 当溶液的过饱和度很大使聚集速率较快时，分子可能来
不及有序地排列，从而生成非晶态粒子，在沉淀物老化中再 逐渐地转变为有序排列的晶体。沉淀与老化的概念不相同， 老化是沉淀中的关键步骤。
工业催化剂的制备过程与 使用
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催化剂性能 • 催化剂是催化工艺的灵魂，它决定着催化工艺的水平及创
新程度。 • 催化剂的化学成分不足以推知其催化性能。工业催化剂的
活性、选择性和稳定性不仅取决于它的化学组成，也和物 理性质有关。 • 催化剂的物理特性，如形状、颗粒大小、物相、比重、比 表面积、孔结构和机械强度等，都会影响它对某一特定反 应的催化性能，影响到反应动力学和流体力学的行为。
通过活化处理使基体转变为符合最终组成和结构要求的 催化剂。
催化剂的制备方法很多。由于制备方法的不同，尽管原料用 量完全一样，但所制得的催化剂性能可能有很大的差异。 因此，必须慎重选择制造方法，并严格控制。
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第一节 工业催化剂的制备
催化剂的制备方法可粗分为干法与湿法。 干法：
热熔法 混碾法 喷除法 湿法： 沉淀法(共沉淀法，均匀共沉淀法和超均匀沉淀法) 浸渍法 胶凝法 离子交换法 沥滤法
化工催化剂的制备与应用
化工催化剂的制备与应用化工催化剂是化学反应中必不可少的关键部分，它能够加速反应速率、改善反应选择性，拓宽反应温度范围等，其应用范围广泛，如石油化工、有机合成、生物医药等。
本文将简要介绍化工催化剂的制备方法以及其应用领域。
制备方法目前，化工催化剂的制备方法主要有物理法、化学法和物理化学法三种。
物理法主要是将不同尺寸、结构和性质的物质混合，制备出多孔介质催化剂，如氧化铝、硅胶等。
化学法则是利用化学反应原理，将所需要的活性组分制备出来，然后将其载于载体上，如纳米金属活性组分催化剂、氧化物活性组分催化剂等。
物理化学法则是将物理法和化学法相结合，制备出性质更加复杂的催化剂体系，如纳米复合催化剂等。
在以上三种主要制备方法中，物理化学法制备的催化剂具有活性组分分散度高、催化效率好等优势，是目前催化剂研究和应用领域最为关注和重要的制备方法。
应用领域化工催化剂通过改变化学反应物和条件，实现对反应速率和选择性的控制，逐渐成为化学工业和生物制药中必不可少的关键技术之一，其应用领域极为广泛。
石油化工石油化工催化剂主要是用于石油加工中，其作用是将原油中的成分分离出来，并进行精制，以获取各种石油产品，如汽油、柴油、航空燃料、润滑油等。
石油加工催化剂的主要成分是贵金属和无机氧化物，其催化作用使得石油用途更加广泛和灵活，有利于提高炼油成品率，提高边际生产效益。
有机合成有机合成催化剂的应用范围极广，其种类有无数之多，如酸催化剂、碱催化剂、金属碳氢化合物催化剂、卤代烃活化剂等等。
在有机反应中，合成催化剂不仅能够加速反应速率，提高反应密度，而且可以调节反应条件，提高反应产率、选择性和纯度，实现绿色化合成。
生物医药生物催化剂也是化工催化剂的重要组成部分，可用于生物制药中，如抗体制备、酶制备、生物质分解等。
此外，与金属催化剂相比，酶催化剂具有生物兼容性好、催化效率高、反应选择性高、环境友好等优点，因此在反应精细化合成、生物传感器、医用材料等领域有广泛的应用。
化学催化剂的合成与应用
化学催化剂的合成与应用化学催化剂是一种能够加速化学反应速度并改变反应路径的物质，其广泛应用于现代化学工业领域，从生产有机化学品到处理能源和环境问题，都有着重要的地位。
催化技术的发展对于现代社会的经济和环境有着巨大的影响，因此催化学科的研究也越来越重要。
化学催化剂的合成化学催化剂的合成基本上包括两个方面，一是物质的选择，二是催化剂的原料制备和反应条件的调节。
物质的选择：制备催化剂需要催化剂产生的反应物，反应液和反应条件。
根据所要加速反应的化学性质，选择不同的化学成分，如铂、钯等贵金属，铜、钼等贵金属的合金，以及氧化物、氯化物、硝酸等无机化合物和有机催化剂。
催化剂的原料制备和反应条件的调节：在化学催化剂的制备过程中，要根据催化反应的性质，进行原料的处理，如化学反应过程中需要去除杂质，调配反应物浓度、相对比例及添加另外的添加剂等等。
同时，要合理控制反应温度、反应压力等，以使催化剂在反应过程中有良好的效果。
化学催化剂的应用化学催化剂广泛应用于各个领域，包括石油、医药、精细化工、环境保护等，下面我们就单独探讨其中几个应用领域。
1. 石油催化裂化石油催化裂化技术是目前世界上用于生产高级燃料和化学原料的主要方法之一，也是利用化学催化剂生产汽油和其他烃类的主要途径。
在催化裂化过程中，催化剂会加速原油中长链烷烃的裂解，使其裂解成短链烃烷、烯烃和芳香化合物，从而提高汽油辛烷值、馏程和它的抗爆性能。
总的来说，催化裂化技术是提高石油加工质量的一个最基本的途径之一。
2. 医药催化反应活性催化剂在医学领域里也有广泛应用。
例如，钯与铂等贵金属及其化合物是一些肿瘤化疗药物的重要成分和催化剂。
同时，活性催化剂还用于生产抗生素和其他医药中间体，以及苯胺与盐酸的还原反应，这也是合成染料或染料中间体的重要方法之一。
3. 环境保护催化反应除了石油和医药领域之外，化学催化反应还在环境保护等领域中得到应用。
例如，氧化剂的活性催化剂用于处理污水和排气系统中的一些环境问题。
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第一节 制备方法
1 2 3 4 5 6 7 8 沉淀法 浸渍法 混合法 热熔融法 离子交换法 催化剂的成型 典型工业催化剂制法实例选 固体催化剂制备方法的新进展
沉淀法
一、沉淀法制备原理
借助于沉淀反应，用沉淀剂（碱类物 质）将可溶性的催化剂组分（金属盐类 水溶液）转化为难溶化合物，再经分离、 洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制得成 品催化剂。
三、沉淀法分类
2.共沉淀法（多组份共沉淀法） 将催化剂所需的两个或两个以上组份 同时沉淀的一种方法。 如：低压合成甲醇用催化剂CuO-ZnOAl2O3的制备 给定比例的Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、 Al(NO3)3、混合盐溶液与Na2CO3并流加入沉 淀槽。
三、沉淀法分类
3.均匀沉淀法 先使待沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混 合，造成一个均匀的体系，然后调节温度和时间， 逐渐提高pH值，或者在体系中逐渐生成沉淀剂的方 式，创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢进行，以制 得颗粒十分均匀而且比较纯净的沉淀物。 如：Al(OH)3沉淀制备 采用铝盐溶液中加入尿素，混合均匀，加热 升温，尿素水解释放OH-，与铝盐反应生成Al(OH)3 沉淀。
2、浸渍法生产流程
活性组分
载体 浸渍 干燥 焙烧 活化
活性组分
负载型金属催化剂
3、浸渍方法
过量浸渍法 将载体浸入过量的浸渍溶液中，待吸附 平衡后，沥去过剩溶液，干燥、活化后 得催化剂成品。 如：Pt/Al2O3（催化重整催化剂）的 制备
3、浸渍方法
等体积浸渍法 将载体与它正好可吸附体积的浸渍溶 液相混合，待吸附平衡后，直接干燥、 活化后得催化剂成品。 如：醋酸锌/活性炭制备
催化剂成型
成型方法的选择主要考虑的因素： 1.成型物料的物理性质 2.成型后催化剂的物理、化学性质 催化剂常用的形状 圆柱状、环状、球状、片状、蜂窝 状、条状、粉末状及不规则状。近年来 还出现了许多异形催化剂，如多通孔状、 三叶状、齿轮状、膜状等催化剂。
几种重要的成型方法
SO2氧化钒系催化剂的制备 主催化剂：V2O5、助催化剂碱金属硫酸 盐K2SO4、载体：硅藻土或硅胶。
8 固体催化剂制备方法的新进展
固体超细微粒与催化剂 凝胶法及微乳化技术 气相沉积法 膜催化剂 化学镀
膜催化
膜催化反应
膜催化技术是近年来在多相催化领域 中出现的一种新技术，是催化领域的一门前 沿学科‘该技术将催化材料制成膜反应器或 将催化剂置于膜反应器中操作，反应物可选 择性地穿透膜并发生反应，或产物可选择性 地穿过膜而离开反应区域、从而对某一反应 物(或产物)在反应器中的区域浓度产牛调节， 打破化学反应在热力学上的平衡或严格地控 制某—反应物参加反应时的量和状态从而达 到高的选择性.
膜催化
膜催化反应的特点
膜催化技术将膜技术应用于催化反应领 域集催化反应和分离双重功能于一身，因此具 有—些优于其他技术的特性。 1)催化活性高 2)选择性可高达100% 3)载体型的膜催化剂呈现出耐高温、耐化学 稳定性，机械强度提高、催化寿命延长的特点。
膜催化
膜材料及分类
具有催化功能的膜，就是把催化剂固定于分离 膜的表面或膜内，赋予膜以催化反应的功能， 使作为反应部分的分离膜兼具反应与分离双重 功能的一种功能化膜。 无机膜 高分子膜 生物膜 复合膜
4、浸渍操作技术要点
浸渍液的配制
浸渍时并不是用活 性组份本身制成溶液， 而是用活性组份易溶盐 配成溶液。因此在选择 活性组份化合物时，应 易溶于水，且在焙烧时 能分解成所需的活性组 份。 最常用的是硝酸盐、铵 盐、有机酸盐等。
活性组 分含量
浸渍液 浓度 g/mL
V pC 1 VpC
载体的比 孔容 mL/g
四、沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
浓度 温度 pH值 加料方式和搅拌速度
四、沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
生成
长大
浓度
过饱和度β=C-C*/C* C↑ β↑V生成.>V长大 晶粒细小,Sg大 C↓ β ↓ V生成.<V长大 晶粒大,Sg小
四、沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
四、沉淀操作技术要点
原料的选择 金属盐类选择原则： 一般首选硝酸盐。 其次：硫酸盐、有机酸盐、金属复 盐
四、沉淀操作技术要点
原料的选择 沉淀剂选择原则： ①尽可能使用易分解并且易挥发成分的沉淀剂。 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小。 ⑤沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染沉淀剂 ： 常用的沉淀剂是：NH3、 NaOH NH4OH、（NH4）2CO3 等铵盐。 。
膜催化技术应用前景展望
能源方面 替代石油资源的将是天然气的综合利用。膜 催化反应技术将在这一领域发挥作用。已开发出 了两种用于甲烷氧化耦联中的钙铁矿型膜催化反 应器，结果表明，在膜催化反应器中，产率和选 择性可分别达到84％和94％，而在传统的反应器 中，产率和选择性分别为28％和75％。 生物工程方面 随着人工合成膜作为生物催化剂的固定化载 体研究的深入，膜催化反应器将会在这一领域得 到更为广泛的应用，从而扩大生物催化反应在有 机合成中的应用。
温度
低温 小粒子 高温 大粒子 最大生成 温度远低 于最大长 大温度
四、沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
影响沉淀物生长和晶型 形成氢氧化物所需PH值
PH值
四、沉淀操作技术要点Fra bibliotek沉淀形成的影响因素
并加
正加 反加
正加法 沉淀剂
金属盐溶液
四、沉淀操作技术要点
沉淀的陈化和洗涤
沉淀的陈化（或熟化、老化）指在沉淀形
银催化剂（乙烯氧化制环氧乙烷）
H2O2 还原 Ag-Cat Al2O3 成型
硝酸银
沉淀
NaOH
洗涤过滤
五、沉淀法催化剂制备实例
活性氧化铝
五、沉淀法催化剂制备实例
NaY分子筛
浸渍法
1、浸渍原理 将载体放进含有活性物质（或连同 助催化剂）的液体（或气体）中浸渍， 当浸渍平衡后，将剩余的液体除去，再 进行干燥、焙烧、活化等处理得到催化 剂。
4、浸渍操作技术要点
活性组份在载体上不同的分布形态。 以球形催化剂为例，有均匀型、蛋壳型、 蛋黄型和蛋白型等四种。
均匀型
蛋壳型
蛋黄型
蛋白型
5、浸渍法催化剂制备实例
镍系蒸气转化催化剂
二次浸渍法生产流程
5、浸渍法催化剂制备实例
Pd/C催化剂(加氢反应） 1.活性炭处理：用10％HNO3煮2～3小时 蒸馏水洗净，100～110℃烘干 2.PdCl2用HCl溶解，配制氯钯酸溶液 3.浸渍：将氯钯酸溶液倒入活性炭的水溶 液中。 4.沉淀：用30％NaOH进行沉淀。 5.还原(活化）：使用前用水合肼浸泡还 原。
成之后发生的一切不可逆变化。
操作方法：将沉淀物与母液一起放置一段时间。 陈化作用：a、使小的晶粒进一步长大，b、晶粒与 晶粒之间进一步粘结，c、使结构稳定。
洗涤：用洗涤液除去固态物料中的杂质的操
作。
操作方法：倾泻法和过滤法
四、沉淀操作技术要点
干燥、焙烧 干燥：用加热的方法脱除已洗净湿沉淀中 的洗涤液。 焙烧：为继干燥之后的又一热处理过程。
四、沉淀操作技术要点
焙烧目的 ①通过物料的热分解，除去化学结合 水和挥发性杂质（如CO2、NO2、 NH3），使之转化为所需要的化学成份。 ②借助于固态反应、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让微晶适度烧结，提高产品的机械 强度。
隧道窑
五、沉淀法催化剂制备实例
4、浸渍操作技术要点
活性组份在载体上的分布与控制 浸渍时溶解在溶剂中含活性组份的盐类 （溶质）在载体表面的分布，与载体对溶质和 溶剂的吸附性能有很大的关系。 实验研究表 明： 要获得活性组份的均匀分布，浸渍液中活性组 份的含量要多于载体内、外表面能吸附的活性 组份的数量， 并且分离出过多的浸渍液后，不要马上干燥， 要静置一段时间，让吸附、脱附、扩散达到平 衡，使活性组份均匀的分布在孔内的孔壁上。
4、浸渍操作技术要点
浸渍液的配制 要点：浸渍液的浓度必须控制恰当 溶液过浓不易渗透粒状催化剂的微孔， 活性组份在载体上也就分布不均，而且 高浓度浸渍液容易得到较粗的金属晶粒； 溶液过稀，一次浸渍达不到所要求的负 载量，要采用反复多次浸渍法。
浸渍操作技术要点
活性组 份在载 体上的 分布与 控制
三、沉淀法分类
4.浸渍沉淀法 盐溶液浸渍操作完成后，再加沉淀剂， 而使待沉淀组份沉积在载体上。
三、沉淀法分类
5.导晶沉淀法 借助晶化导向剂（晶种）引导非晶型沉 淀转化为晶型沉淀的方法。 如：Y型、X型分子筛的合成，加入乙 醇胺作导向剂。
三、沉淀法分类
6.超均匀共沉淀法 将沉淀操作分成两步进行，先制成盐溶液 的悬浮层，并将这些悬浮层立即瞬间混合成为超 饱和的均匀溶液；然后由超饱和的均匀溶液得到 超均匀的沉淀物。 如：硅酸镍催化剂制备 先将硅酸钠溶液（密度1.3）放到混合器 底部，然后将20%的硝酸钠溶液（密度1.2）放在 上面，最后，将含硝酸镍和硝酸（密度1.1）慢 慢倒在前两种液层之上，之后立即开动搅拌器， 使之成为超饱和溶液，放置数分钟至几小时，最 终可形成均匀的水凝胶或胶冻。
膜催化反应系统
膜催化技术应用前景展望