第4章 工业催化剂的制备、成型与使用
催化剂的制备方法与成型技术简汇
催化剂的制备方法与成型技术简汇催化剂是一种能够加速化学反应速率的物质。
制备催化剂的方法和成型技术有很多种，下面将对其中的几种方法进行简要介绍。
一、沉积法沉积法是一种将活性物质沉积在惰性载体表面的制备方法。
常用的沉积方法有浸渍法、喷涂法、浸涂法和胶体分散法等。
浸渍法是将载体浸泡在溶液中或涂覆溶液于载体上，使溶液中的活性物质被吸附在载体表面。
喷涂法是将溶液或悬浮液喷雾到载体表面，使活性物质均匀分布在载体上。
浸涂法是将活性物质直接浸涂到载体表面，形成厚度均匀的涂层。
胶体分散法是通过胶体分散剂将活性物质分散在溶剂中，然后将溶剂蒸发使活性物质沉积在载体表面。
二、溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶化学反应将活性物质沉淀在载体表面的制备方法。
首先将一种或多种金属盐或金属有机化合物溶解在溶剂中，形成溶胶。
然后通过加入沉淀剂、酸性或碱性物质，使溶胶逐渐凝胶化为凝胶。
最后通过热处理或其他方法将凝胶转化为坚硬的复合材料。
三、热分解法热分解法是利用热分解反应将金属有机物转化为金属颗粒的制备方法。
首先将金属有机化合物溶解在溶剂中，然后通过加热使其发生热分解反应，生成金属颗粒。
最后将金属颗粒与载体混合并经过处理，得到催化剂。
四、物理吸附法物理吸附法是利用物理相互作用力将活性物质吸附在载体表面的制备方法。
常见的物理吸附方法有气相吸附、液相吸附和固相吸附等。
气相吸附是将活性物质蒸发或加热生成气体，然后将气体吸附到载体表面。
液相吸附是将活性物质溶解在溶剂中，将溶液浸泡到载体中，使溶质被吸附到载体表面。
固相吸附是将活性物质粉末均匀覆盖在载体表面，通过物理吸附力使活性物质吸附在载体上。
成型技术常用的有压制法、浇注法和喷涂法等。
压制法是将混合活性物质和载体的粉末通过压制设备进行压缩，形成规定形状和尺寸的催化剂块。
浇注法是将活性物质和载体的混合物溶解在溶剂中，然后将溶液倒入制模器中，通过凝固、干燥等过程形成坚硬的催化剂块。
喷涂法是将活性物质和载体的混合物溶解在溶剂中，然后通过喷枪将溶液喷到基底上，形成均匀的涂层。
工业催化剂的制造方法课件
核磁共振谱（NMR）
测定催化剂分子结构和化学环境，了解催化剂的 分子结构和化学键合情况。
CHAPTER
04
工业催化剂的应用实例
汽车尾气处理催化剂
尾气处理催化剂主要用于减少汽车尾气中的有 害物质，如一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物 等。
尾气处理催化剂通常由贵金属（如铂、钯、铑 ）或其氧化物制成，以降低有害物质的排放。
尾气处理催化剂的制造方法包括溶胶-凝胶法、 沉淀法、化学气相沉积法等，这些方法能够确 保催化剂的活性、稳定性和耐久性。
石油工业中的裂化催化剂
01
裂化催化剂在石油工业中用于将重质油裂化为轻质油，如汽油 和柴油。
02
裂化催化剂通常由酸性组分（如硅酸铝、沸石）和活性组分（
如铂、钯、镍）组成。
裂化催化剂的制造方法包括混合法、浸渍法、热熔融法等，这
03
些方法能够确保催化剂具有较高的活性和选择性。
合成氨工业中的铁基催化剂
铁基催化剂是合成氨工业中常用的催化剂，用于将氮和氢转化为氨。
铁基催化剂通常由铁氧化物、铁硫化物或铁盐制成，以降低合成氨的反应 温度和压力。
铁基催化剂的制造方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、热解法等，这些方法 能够确保催化剂具有较高的活性和选择性，同时降低生产成本。
工业催化剂的发展历程
总结词
工业催化剂的发展经历了漫长的历程， 从最早的天然催化剂到现代的高效催化 剂，其发展与工业生产和科技进步密切 相关。
VS
详细描述
早期的天然催化剂如木炭、石头等被用于 酿酒、制醋等简单的化学反应。随着化学 工业的发展，人们开始研制具有更高活性 和选择性的工业催化剂，如铂、钯等金属 催化剂和硅酸铝、分子筛等非金属催化剂 。现代工业催化剂的应用领域更加广泛， 涉及石油化工、制药、环保等多个领域。
催化剂培训材料培训课件PPT工业催化剂制备与使用
• 对沉淀剂选择有以下要求：
① 尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂
– 常用的沉淀剂有：
• 碱类(NH4OH、NaOH、KOH) • 碳酸盐[(NH4)2CO4、Na2CO4、CO2] • 有机酸(乙酸、草酸)等 • 最常用的是NH4OH和(NH4)2CO4，因为铵盐在洗涤和热处
涤、干燥、粉碎和机 械成型，最后经500℃ 焙烧活化得到 γ-Al2O3。
– 该法生产设备简单、 原料易得且产品质量 稳定。
② 碱中和法
• 将铝盐溶液[Al(NO3)3、AlCl3、 Al2(SO4)3等]用氨水或其它碱 液( NaOH、KOH、NH4OH ) 中和，得到水合氧化铝：
Al3+ + OH－ ==== Al2O3·nH2O↓
易洗涤。
④ 形成沉淀物的溶解度应小些
– 沉淀反应愈完全、原料消耗愈小;
• 对于贵金属尤为重要。
⑤ 无毒
– 不应使催化剂中毒或造成环境污染。
• 对金属盐类选择有以下要求：
– 一般选用硝酸盐的形式提供金属盐，硝酸根易于洗 脱或加热时分解而无残留。
– 而氯化物或硫化物残留在催化剂中，在使用时会呈 现H2S或HCl形式释放出来，致使催化剂中毒。
1、载体选择
• 浸渍法首先要选择合适载体，根据用途可选择 – 粉末状载体 – 成型载体
• 根据反应类型特点选择不同性质的载体
– 外扩散控制
不需比表面较大的载体；
– 内扩散控制
载体孔径不宜过小；
• 阻挡反应物分子进入孔道内部；
• 生成物返回气相受阻。
工业催化原理工业催化剂的制备和成型
第一节 沉淀法
化工资源有效利用国家重点实验室
8
第一节 沉淀法
4、超均匀共沉淀法
前面几种方法形成沉淀时，存在时间差或空间差。要避免 这种差异，可采用超均匀共沉淀法。 基本原理：首先制成盐溶液的悬浮层，然后将这些悬浮层 (一般为2－3层)立即瞬间混合成为过饱和的均匀溶液，进 而由过饱和溶液得到超均匀的沉淀物。由于超均匀沉淀过 程中可大大减小时间差和空间差，因此可以形成非常均匀 的沉淀物。
这种沉淀法不同于单组分沉淀法和多组分共沉淀法，它不 是在待沉淀溶液中直接加入沉淀剂使沉淀反应立即发生获 得沉淀物，而是通过改变条件使沉淀剂母体产生沉淀，进 而缓慢发生沉淀反应。因此它可以避免沉淀组分与沉淀剂 之间存在浓度梯度造成沉淀颗粒粗细不匀，以及沉淀物中 易带入较多杂质等缺点。
化工资源有效利用国家重点实验室 7
（2）沉淀剂
应选择沉淀后容易分解、挥发和较易洗涤干净的沉淀剂，如氨 水、尿素、碳酸铵等铵盐、碳酸钠等碳酸盐、氢氧化钠等碱金 属盐类，这样才能制备出纯度较高的催化剂。另外，形成的沉 淀物应便于过滤和洗涤，避免形成非晶型沉淀。同时，沉淀物 的溶解度愈小愈好，这样沉淀反应完全，可减少原料的浪费。
化工资源有效利用国家重点实验室 10
水软铝石 (ρ-Al2O3﹒nH2O)，最后在 500℃焙烧 6 h，即可制得 γ-Al2O3。
化工资源有效利用国家重点实验室 3
第一节 沉淀法 2、多组分共沉淀法
两个或两个以上催化剂活性组分同时沉淀制备催化剂的方法， 可用于制备多组分催化剂或催化剂载体，其特点是一次沉淀操 作可同时获得多个组分，并且各个组分之间的比例较为恒定， 各组分之间的分布也比较均匀。如：制备低压合成甲醇 CuOZnO-Al2O3催化剂。
工业催化剂的制备及其应用
工业催化剂的制备及其应用催化剂是一种可以促进化学反应发生的物质，广泛应用于化工、能源、生物制药等领域。
其中，工业催化剂是指被用于生产中的催化剂，通过调节化学反应过程中物质之间的作用力，使得反应能够在更加温和和高效的条件下进行，降低生产过程的能耗和成本。
本文将介绍工业催化剂的制备和应用。
一、工业催化剂的制备工业催化剂的制备方法主要分为物理法和化学法。
物理法主要通过物理改变催化剂的结构来提高其催化性能，如改变催化剂的晶体结构、孔隙度等等。
而化学法则是通过在催化剂表面上引入活性部位，使得其表面变得更加活性，从而提高其催化性能。
下面我们将分别详细介绍这两种工业催化剂的制备方法。
1、物理法物理法主要通过结构调控来提高催化剂的催化性能。
其中，晶体结构调控可以通过控制晶体生长的条件，如温度、溶剂、pH等等来实现。
而孔隙度调控则是通过控制催化剂表面形成的孔隙大小和结构来实现。
例如，在催化剂表面引入碳纳米管等碳材料可以形成高度有序的孔道结构，在催化反应中具有良好的催化性能。
2、化学法化学法则是通过在催化剂表面引入活性部位来提高其催化性能。
催化剂表面的活性部位指的是具有活性氧、氮、硫、金属等原子的部位，这些部位在催化反应中起着关键的作用。
例如，在催化剂表面引入金属纳米颗粒可以在催化反应中提高催化效率和选择性。
而对于复杂催化剂的制备，常常需要使用多种原料和多步反应进行。
二、工业催化剂的应用工业催化剂应用广泛，可见于石化、煤化工、化学肥料、冶金、化学纤维、橡胶等多个领域。
下面我们将分别介绍这些领域中工业催化剂的应用。
1、石化石化领域中，工业催化剂主要是用于催化氢解、选择性加氢、脱硫、裂解等反应过程。
其中，裂解催化剂是石化工业中应用最广泛的一种催化剂。
它可以将长链烃分子裂解为低引石油等高附加值产品。
2、煤化工煤化工领域中，工业催化剂主要用于催化合成氨、甲醇和合成油等反应过程。
在甲醇合成反应中，以Cu/ZnO/Al2O3为催化剂是最常见的制备方法。
催化剂的制备方法
化学与化工学院
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 2、温 度 溶液的过饱和度于晶核的生成和长大有直接的关系，而 溶液的过饱和度又与温度有关，一般说来，晶核的生长速度随温 度的升高而出现极大值。 晶核生长速度最快时的温度，比晶核长大时达到最大速度所需 要的温度低得多。即在低温时有利于晶核的形成，而不利于晶核 的长大，所以低温一般得到细小的颗粒。 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。
化学与化工学院
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 必然要收溶液pH值的影响，若别是制备活性高的混合物催化剂更是 如此，如下表所示。由于各组分的容度积不同，如果形成氢氧化物 沉淀所需要的pH值不相近，则很难得到均匀的产物。
化学与化工学院
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术
（三）沉淀的陈化和洗涤 对大多数非晶形沉淀：在沉淀形成后不采取陈化操作，宜待沉淀 析出后，加入较大量热水稀释之，以减少杂质在溶液中的浓度， 同时使一部分吸附的杂质转入溶液中。加入热水后，一般不宜 放臵，而应立即过滤，以防沉淀进一步凝聚，并避免表面吸附 的杂质包裹在沉淀内部不易洗涤除去。 若要制备若数结构的沉淀：可加入热水放臵熟化。 洗 涤：主要目的使除去沉淀中的杂质；在沉淀操作时，沉淀终点 的控制非常重要，可防止杂质的混入；一方面要检验沉淀是否 完全，另一方面要防止沉淀剂的过量，以免在沉淀中带入外来 离子和其它杂质。
工业催化剂的生产制备与成型技术研究
世界家苑shijiejiayuan shijiejiayuan—377—工业催化剂的生产制备与成型技术研究金媛媛，安佳佳，陈志远（抚顺市乙烯化工厂）[摘 要] 催化剂不但能够促进化学反应的发生，还能控制化学反应的速率，在工业领域有着重要的应用。
对于有些化学反应来讲，如果没有催化剂的介入，将无法正常实现。
因此本文中将对催化剂的原理和制备方法做全面的研究，以保证能够根据工业实际需要制备出相应的催化剂，满足工业生产需要。
从目前的研究来看，对于催化剂的制备方法和成型技术已经有着比较完善的方法和工艺，也要在现有的基础上进行研究和创新，保证催化剂的制备方法和成型能够适应化学工业的发展速度，使催化剂成为工业发展的重要推动力和物质保障。
[关键词] 工业催化剂；制备；成型；技术1、固体催化剂的组成研究从目前的研究来看，对于固体催化剂而言，其组成主要分为三个部分，即：活性组分、助剂、载体。
这三部分构成了催化剂本身，三者缺一不可，这三部分在催化剂中发挥着重要作用。
1.1催化剂中活性组分。
所谓催化剂中的活性组分，主要是指在催化剂张起到催化作用的那部分物质，是催化剂的主体，如果没有活性组分，催化剂就失去了应有的作用。
1.2催化剂中的助剂。
催化剂中的助剂单独来看的话活性较低，单独在催化剂中很难发生变化和反应，但是助剂与活性组分加入一起之后，会使活性组分的活性增强，进而达到提升催化效果的目的。
1.3催化剂中的载体。
催化剂中的载体主要起到了为活性组分和助剂提供生存地点的作用。
使活性组分和助剂能够其中良好的共存，并在发生催化反应时，为活性组分和助剂提供适宜的反应表面。
2、催化剂的制备方法目前我国对于催化剂的制备方法主要分为八大类，这些制备方法包含了催化剂制备的所有过程。
因此，在此有必要对这些催化剂的制备方法进行了解。
2.1浸渍法。
浸渍法主要是将活性组分（液态和气态均可）物质以及助剂，通过浸渍的方法浸入固态的载体外表面上，使活性组分能够找到有效载体，最终合成催化剂物质。
催化剂的制备和工业应用
合成气
精细化工
• 产量小附加值高 • 医药、农药、染料、 香料、涂料、各种 助剂、合成材料等。
催化技术研究和应用内容
• 更新原料路线，采用更廉价的原料（资源 有效利用） • 革新工艺流程，促进新工艺过程的开发（ 发展绿色清洁化工生产技术，走可持续发 展的道路） • 缓和工艺操作条件，达到节能降耗的目的 （节能） • 开发新产品，提高产物的收率，改善产物 的质量（开发新产品） • 消除环境污染（环境保护）
1.3 催化剂的定义、分类和命名
定义1：又叫触媒， IUPAC于1981年定义，催化剂
是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应 的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。 涉及催化剂的反应为催化反应。
定义2：在化学反应里能改变其他物质的化学反应
速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发 生变化的物质叫做催化剂。 催化剂是参与反应的，其物理性质有可能改变
催化剂制备与表征
催化剂基础知识
催化剂的开发 催化剂制备方法
催化剂表征技术
一、催化剂基础知识
工业催化剂的发展简史
催化剂在经济上的地位和作用
催化剂的定义、分类和命名
催化剂的相关术语
催化剂的化学组成和物理结构
催化剂的宏观物理性质
1.1 工业催化剂的发展简史
萌芽时期（20世纪以前）
固体催化剂的工业应用
分子筛催化剂的工业应用
环境保护催化剂的工业应用
生物催化剂的工业应用
同时，现代表征手段技术的应用，为分 析催化反应机理，建立催化模型提供了帮助。
中国催化剂工业的发展
第一个催化剂生产车间:永利铔厂触媒部（1959年改名南京化
学工业公司催化剂厂）于1950年开始生产合成氨工业催化剂。 20世纪60年代，兰州化学工业公司建立了第一个石油化工催化 剂车间。 20世纪70年代，引进多套石油化工生产装置，并逐步使所用催
催化剂的制备方法 PPT
目录
●第一节 ●第二节 ●第三节 ●第四节 ●第五节 ●第六节 ●第七节 ●第八节
沉淀法 浸渍法 混合法 热熔融法 离子交换法 溶胶—凝胶法 水热法 催化剂的成型
●引言
研究催化剂的制备方法，具有极为重要 的现实意义。一方面，与所有化工产品一样，
要从制备、性质术
（二）沉淀形成的影响因素 2、温 度 溶液的过饱和度于晶核的生成和长大有直接的关系，而
优点：可以克服普通沉淀法可能出现的一些问题，如：普通沉淀法 易出现沉淀剂与待沉淀组分的混合不均匀、沉淀颗粒粗细不等、 杂质的带入等。
【典型例子】在铝盐中加入尿素作为沉淀剂，二者混合均匀后加热 升温到90～100℃，此时，尿素水解，释放出OH-。
第一节 沉淀法
二、各类沉淀法 （三）均匀沉淀法 【典型例子】在铝盐中加入尿素作为沉淀剂，二者混合均匀后加热升
以研究；另一方面，工业催化剂又不同于绝大 多数以纯化学品为只要存在形态的其他化工产 品，催化剂多数有复杂的化学组成和物理结构， 并因此形成了千差万别的品种系列。
●引言
工业催化剂的性能主要取决于其化学组成和物理结 构。由于制备方法的不同，尽管成分、用量完全相同， 所制备出的催化剂的性能仍可能有很大的差异，也就 是说催化剂的发明和创新，首要和核心的便是催化剂 制造技术的发明和创新。
工业催化剂的制备方法都是一些基本单元操作或一 些基本单元操作的合理组合。
基本单元操作包括：溶解、沉淀（胶凝）、浸渍、 离子交换、洗涤、过滤、干燥、混合、焙烧等。习惯 上把其中某些关键而有特色的单元操作的名称作为工 业催化剂制备方法的名称。
第一节 沉淀法
一、沉淀法概述
沉淀法：以沉淀操作为其关键的和特殊步骤的制备方法，是制备固体 催化剂最常用的方法之一。广泛地用于制备高含量的非贵金属、 金属氧化物和金属盐催化剂或催化剂载体。
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。
10
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
1
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
工业用催化剂的成型与活化课件
工业用催化剂的成型与活化课件工业用催化剂是工业生产必不可少的一种重要材料，在各个行业中都有广泛的应用。
催化剂的成型和活化是确定其性能的重要步骤之一。
下面将为大家介绍工业用催化剂的成型与活化。
一、催化剂的成型催化剂的成型通常包括两个方面，一方面是选择适当的载体，另一方面则是将活性组分加入载体中。
（一）载体的选择载体是催化剂的一个重要组成部分，它不仅可以提高催化剂的稳定性，而且还可以提高催化剂的化学反应效率。
常见的催化剂载体主要有以下几种：1. 活性炭和活性氧化铝。
这种载体主要是针对一些加氢、脱氢、氧化、还原等反应，具有稳定性高、活性好、容易处理等特点，因此在化工、化肥、石油化工等行业广泛应用。
2. 陶瓷载体。
陶瓷载体主要是泡沫陶瓷、瓷球、瓷环等形状，由于其表面积大、孔径分布合理、耐酸碱、耐高温等特性，因此适用于作为催化剂的载体。
3. 氧化锆、铝、硅等类稳定氧化物。
这种载体具有稳定性好、耐酸碱性弱的特点，适用于石化、涂料、医药制剂等行业中。
（二）活性组分的添加活性组分是催化剂的另一重要组成部分，它决定了催化剂的催化活性。
常见催化剂活性组分有金属、氧化物、酸、碱等。
在加入活性组分的过程中，需要注意以下几点：1. 活性组分的选取要符合反应机理，而且活性组分的含量要适当，否则会影响催化剂的活性。
2. 活性组分的添加要均匀，要分散在载体中，以保证催化剂的均匀性和活性。
3. 活性组分的添加还需要控制温度、时间等因素，以达到最佳的添加效果。
催化剂的活化是指催化剂在反应之前经过一些预处理，使其获得更好的催化活性。
常见的活化方法主要有以下几种：（一）热处理法热处理法主要是将催化剂加热到一定的温度，使其获得更好的催化活性。
这种方法适用于多种催化剂，特别是一些高效催化剂，如Pt、Pd、Rh等。
（二）氧化法（三）还原法酸碱处理法主要是通过浸渍或吸附将催化剂浸泡在一定浓度的酸或碱中，获得更好的催化活性。
这种方法适用于一些酸碱反应的催化剂。
第4章 工业催化剂的开发
中型试验受影响的因素
2、设备的放大效应 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。 最直观的影响是扩容带来传热、传质的不均，而使产品质 量下降，并且更难精确控制。 这是负面效应的一种； 但某些设备放大时，也可能产生相反的正面效应， 要具体分析和区别对待。
通过参考工业样品的剖析，往往能为催化剂的设计提供更具 体、更直接的参考信息。 特别是那些经过长期工业实践证明其优异综合性能的催化 剂，更是如此。 剖析并不一定是为了仿制，相反，只有独具特色的催化剂开 发成果，方能形成专利技术。 专利形成的前提之一，是能够“绕开”现有专利，具有新 颖性、实用性以及时效性。
三、配方筛选
配方筛选是催化剂的实验室研究工作中最关键也是最浩繁的 部分。 综合文献资料、剖析报告以及有关基础研究中获得的多方 面信息，对催化剂的配方设计有一些明确的概念，可进入 新催化剂开发中的制备和配方筛选阶段。 目前虽已提出催化剂设计的概念，但在大多数情况下，仍 然不能完全摆脱经验或半经验的办法，更不能完全取消配 复地、耐心地修改调整，使往往相互矛 盾的催化剂各项性能间能够达到巧妙而和谐的平衡。 制备某1～2项性能指标满意的催化剂都不容易，要制备各项性 能兼优的催化剂就更难。 整个过程中局部的失败、返工，甚至设计思路的重新调整， 都是可能发生的。 这些都是对研究者技术素质和意志力的考验。 最后选定的少数几个优秀配方，要进行多次重复性的制备和评 价测试。 催化剂制备一般要易人进行，检验样品可复制性。
第四章 工业催化剂的开发
第一节 概述
第二节 实验室工作
第三节 扩大试验
《工业催化剂设计及开发》课程教学大纲
一、课程基本信息
课程名称
工业催化剂设计及开发
Design and Development of Industrial Catalysts
课程编码
CHM120621010
开课院部
化学工程学院
课程团队
工业催化剂设计与开发教学团队
学分
1.0
课内学时
16
讲授
16
实验
0
上机
0
实践
M1
2
讲授
2
自学/其他
11
3.4
3.4工业催化剂的放大效应
工业催化剂制备原料及制备工艺的选择；工业催化剂开发过程中的不同规模放大效应。
M1
1
讲授
1
自学/其他
12
第4章
第4章典型石油化工过程催化剂开发实例
本章重点难点：各类工艺过程反应原理、催化剂设计。
/
/
/
/
13
4.1
4.1烃类水蒸气转化制氢催化剂设计与开发过程
3
图书|《石油炼制工程》,徐春明，扬朝合,石油工业出版社, 2009, ISBN:978-7-5021-16986-2.
4
图书|《催化剂基础及应用》,季生福，张谦温，张彬侠,化学工业出版社, 2011, ISBN:978-7-122-11215-6.
30%
A-独立思考、按时完成，流程图画图规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。B-独立思考、按时完成，流程图画图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确。C-独立思考、按时完成，流程题画图比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确。D-作业抄袭，未能按时完成，流程题画图不规范，解题思路混乱。
工业催化剂的制备与使用
工业催化剂的制备与使用摘要：随着化学工业的高速发展，资源日益减少，环境污染蔓延，生态环境恶化，催化剂在工业领域的使用变得越来越常见。
催化剂的使用也大大促进化学工业的生产，很大程度上改變了人们的生活，为社会生产带来了很大的方便，越来越多的企业和厂家把重心放在催化剂制备和使用上。
本文通过对催化剂的概念、用途、重要性、基本要求和特征出发，分析了工业催化剂的制备方法和使用情况。
工业催化剂；制备；化学工业没有人喜欢绕远路，在化学工业生产中催化剂的使用刚好为工业化学反应提供了可行的捷径，既快又准的达到了目的地，减少了工业制备的时间，也节省了工人的时间，企业工作效率显著提升，人民生活水平也大大提升，何乐而不为呢？所以，近几年，工业生产中对催化剂的投资也越来越多，化学工业催化剂逐渐变成化学工业生产中最重要的一种化学药品。
一、工业催化剂的概念催化剂是指在一个化学反应中，改变化学反应的速率，但是催化剂自身的化学性质和质量是一直保持不变的。
这里面的改变既包括加快也包括减慢，加快反应速率的催化剂叫做正催化剂，减慢反应速率的催化剂叫做负催化剂，不管是正催化剂还是负催化剂，都有它自身不可被其他东西取代的优势，在反应中，催化剂所起的作用叫做催化作用，涉及到催化剂的化学反应都被称为催化反应。
工业催化剂也一样，就是催化剂大的分类里的一种，而且同样在一次反应结束时，本身不发生改变也不出现在产物中。
组成成分主要有主催化、助催化、载体，也就是主要活性成分、辅助成份和整个组分的骨架，三者相互联系，缺一不可。
二、工业催化剂的用途及重要性催化剂用于各类化学反应的催化，还有石油冶炼，汽车尾气净化，生物催化等等多方面。
工业催化剂不仅扩大了资源利用范围，如石油、煤、天然气等经过催化反应后会生成各种各样的产物，资源也就变丰富了；通过催化剂精细化工，制造出了各种不常见却很重要的物质；合成氨的生产显著提升了社会生产水平；同时催化剂的存在，满足了社会衣食住行环保国防等各种各样的需要；现如今。
催化剂的制备方法与成型技术
\催化剂的制备方法与成型技术摘要：本文介绍了固体催化剂的组成，催化剂制备的一般方法、催化剂制备的新技术，以及催化剂常用成型技术。
关键词：固体催化剂；制备方法；成型技术Abstract: this paper introduces the composition of the catalyst, solid catalyst preparation of the general method of preparation, catalyst of new technology, and catalysts used molding technology. Keywords: Solid catalyst; Preparation methods; Molding technology目录摘要 (1)1 固体催化剂的组成： (2)2 催化剂的一般制备方法 (2)2.1 浸渍法 (2)2.2 沉淀法 (3)2.3 混合法 (4)2.4 滚涂法 (4)2.5 离子交换法 (4)2.6 热熔融法 (4)2.7锚定法 (5)2.8 其他方法 (5)3 催化剂成型技术 (6)4 小结 (7)参考文献 (8)0 引言催化剂又叫触媒。
根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。
这种作用称为催化作用。
涉及催化剂的反应为催化反应。
催化作用是指改变化学反应的速度，控制反应方向和产物构成。
催化剂具有加快化学反应的速度，但不进入化学反应计量，对反应的选择性，只能加速热力学上可能的反应，且不改变化学平衡的位置的特点。
催化剂是催化工艺的灵魂，它决定着催化工艺的水平及其创新程度。
因此研究工业催化剂的制备方法以及成型技术具有重要的实际意义。
1 固体催化剂的组成：固体催化剂主要有活性组分、助剂和载体三部分组成：1.活性组分：主催化剂，是催化剂中产生活性的部分，没有它催化剂就不能产生催化作用。
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不同方法制备的辛烯醛加氢催化剂的性能
工业催化剂的要求
1) 适宜的活性
2) 较高的选择性
3) 在使用条件下稳定（长寿命） 4) 具有良好的热稳定性、机械稳定性和抗毒性能 5) 与环境友好 6) 价格低廉
……
6
二、工业催化剂活性
化学组成
物理性质
催化剂形状、颗粒大小、物相、相对密度、比表面 积、孔结构和机械强度等。 影响反应的催化活性，影响催化剂的使用寿命，更 重要的是影响反应动力学和流体力学的行为。 对于负载催化剂来说，载体的选择对机械强度影响很 大，成型的方法及使用的设备也直接影响到催化剂的机 械强度
图 催化剂性能与组成、结构及制备方法之间的关系
图 催化剂的机械强度的影响因素
常用的固体催化剂制造方法
制造方法 举 例
沉淀法
浸渍法 混合法 熔融法
水合氧化物，如氢氧化铁等的制备
贵金属负载到金属氧化物载体Al2O3 或 SiO2 等载体上 氧化铁-氧化铬CO 变换催化剂的制备 合成氨的铁催化剂的制备
沥滤法
…
瑞尼镍催化剂的制备
……
10
§1
沉淀法制备工业催化剂
沉淀法是借助沉淀反应，用沉淀剂 ( 如碱类物质)
将可溶性的催化剂组分(金属盐类的水溶液)转化为 难溶化合物，再经过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型 等工序制得成品催化剂。
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沉淀法生产流程
原料
混合
沉淀
沉淀剂
陈化
过滤洗涤 干燥 成型 活化 催化剂成品
焙烧有三个作用： ① 除去化学结合水和挥发性物质(CO2、NO2、NH3 等)，使之转化成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、孔径和比表面积等； ③ 使微晶适当烧结，以提高催化剂的机械强度， 还可以通过造孔作用使催化剂获得较大的孔隙率
一、沉淀过程和沉淀剂的选择
沉淀产生的条件
—— 形成沉淀物的离子浓度积大于该条件下的 浓度积Ksp
沉淀物的形成过程 沉淀物的形成过程，包括两方面： 1) 晶核的生成， -- 形成沉淀物的离子相互碰撞生
成沉淀的晶核
2) 晶核的长大， -- 溶质分子在溶液中扩散到晶核
表面，晶核继续长大成为晶体
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《工业催化技术》
Catalysis in Industrial Processes
第四章 工业催化剂的制备与使用
§1 §2 §3 §4
• 工业催化剂的制备
• 工业催化剂的成型 • 工业催化剂的使用
• 失活和再生
2
§1
3
工业催化剂的制备
引言
固体催化剂的使用性能主要取决于其化学组成 和物理结构，经验表明尽管一些催化剂组成完全相 同，由于制备工艺的差异，催化性能可能相差很远 ，因此如何制备性能优异的新型催化剂成为化学工 业可持续发展的关键技术。
图
难溶沉淀的生成速率示意组图
20
应当指出，晶核生成速率和晶核长大速率的相 对大小，直接影响生成的沉淀物的类型。 ① 如果晶核生成的速率远远超过晶核长大的速 率，…… ，得到非晶型沉淀或胶体； ② 如果晶核长大的速率远远超过晶核生成的速 率，…… ，成为颗粒较大的晶型沉淀; -- 得到什么的沉淀，取决于形成过程的两个速率 之比。
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由上图推出：必须要控制浓度的过饱和度，才 能得到较理想的晶核物 具体措施：
1) 沉淀开始时
溶液应适当稀——以利于晶核长大 过饱和度不大时(S=1.5~2.0)——快速的晶格长大速率易 导致晶格缺陷和位错、包藏杂质
2) 沉淀产生后
沉淀剂加入时应不断搅拌且缓缓加入以避免局部过浓， 同时维持一定的过饱和度
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表 均匀沉淀法所利用的预沉淀剂及其反应
预沉淀剂
尿素 三甲基磷酸 尿素与HC2O4– 二甲基硫酸 磺酰胺 硫代乙酰胺 硫脲 三氯乙酸盐
沉淀剂
OH– PO43– C 2 O4 2 – SO42– SO42– S2 – S2 – CO32–
反
应
(NH2)2CO + 3H2O → 2NH4+ + CO2 + 2OH– (CH3)3PO4 + 3H2O → 3CH3OH + H3PO4
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洗涤的主要目的：从催化剂滤饼中除去杂质。一 般地说，杂质的存在形式可能为：
杂质存在形式 ① ② ③ ④ 机械地掺杂于沉淀中 粘着于沉淀的表面 吸附于沉淀的表面 包藏于沉淀内部 去除 是否可 难易度 洗涤除去
易
可 洗涤除去 不能 洗涤除去
⑤ 成为沉淀中的化学组成之一
难
-- 为了减少包藏性杂质，要求原料溶液的浓度 较低，在沉淀过程中进行充分搅拌；为了避免第五 种形态的杂质，要求慎重地选择沉淀反应。 39
共沉淀的特点
1) 几个组分同时沉淀
2) 各组分间达到分子级的均匀混合
3) 在热处理（煅烧）时可加速组分间的固相反应
利用共沉淀的方法可以制备多组分催化剂，这 是工业生产中常用的方法之一
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表 共沉淀时复盐化合物生成的可能性 Al3+ Cu2+ Fe3+ Mg2+ Ca2+ Zn2+
+
-
-
+
+ + + + -
+ + +
+
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Ni2+ Zn2+ Mg2+ Ca2+
四、沉淀物的老化
沉淀反应终了后，将沉淀物与溶液在一定条件 下接触一段时间，在这段时间内发生一些不可逆变 化，称为沉淀物的老化
老化阶段的变化 ① 细晶体逐渐溶解，并沉积到粗晶体上，……， 获得颗粒大小较为均一的粗晶体 ② 孔隙结构和表面积发生变化，原来吸留在细晶 体之中的杂质随溶解过程转入溶液 ③ 初生的非稳定结构的晶体，会逐渐变成稳定的 结构 37
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。
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。
2HCrO4– + (NH2)2CO + H2O → 2NH4+ + CO2 + 2 CrO42–
尿素与HCrO4– CrO42–
优点：沉淀颗粒粗细较一致且致密，便于过滤和洗涤 34
2. 共沉淀法 -- 指将含有两种可两种以上金属离子的混合溶液 与一种沉淀剂作用，同时形成含有几种金属组分的 沉淀物的沉淀法
2HC2O4– + (NH2)2CO + H2O → 2NH4+ + CO2 + 2C2O42–
(CH3)2SO4 + 2H2O → 2CH3OH + 2H+ + SO42– NH2SO3H + H2O → NH4+ + H+ + SO42– CH3CSNH2 + H2O → CH3CONH2 + H2S (NH2)2CS + 4H2O → 2NH4+ + CO2 + 2OH– + H2S 2CCl3CO2– + H2O → 2CHCl3 + CO2 + CO32–
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沉淀时金属盐类的选择 1. 要考虑的问题 溶解度：大 杂质：少 易获性：易 价格：尽可能低 后处理：简单 2. 各种盐的特点 硝酸盐：沉淀物稳定性差，煅烧时有有毒的烟雾 硫酸盐：沉淀物稳定性较差，易产生毒物SO2、H2S 盐酸盐：沉淀物稳定，Cl-使酸性增加，损害容器 草酸盐：比较理想 22
沉淀法适用范围
-- 制备固体催化剂最常用的方法之一，广泛
用于制备高含量非贵金属、金属氧化物、金属 盐催化剂和载体。
沉淀法分类
1.单组份沉淀法 沉淀剂与一种待沉淀溶液作用以制备单 一组分沉淀物。 如：Al2O3制备 采用碱法制备，用HNO3作沉淀剂，从 NaAlO2中沉淀出Al2O3· nH2O，再经过后续 处理制得Al2O3。
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三、均匀沉淀法与共沉淀法
1. 均匀沉淀法 -- 使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成均 匀的体系，再调节温度，使沉淀剂母体加热分解为 沉淀剂，从而使金属离子产生均匀沉淀
例如，制取Al(OH)3沉淀时，加入尿素(沉淀剂母 体)，均匀混合后，加热至90～100 ℃ ，尿素同时解 放出OH-(沉淀剂) 于是， Al(OH)3沉淀可在整个体第中均匀地形成
五、沉淀物的过滤、洗涤、 干燥、焙烧、成型和还原操作
1. 过滤与洗涤 悬浮液的过滤，可使沉淀物与水分开，同时除 去NO3-、SO42-、Cl-、K+、Na+、NH4+等离子。 工业上的过滤设备主要有板框过滤机、叶片过 滤机、真空转鼓过滤机及悬筐式离心过滤机等。
选择过滤设备时要考虑的因素，主要包括悬浮 液中的固相含量、颗粒的平均直径及液体的性质以 及对滤饼含水量的要求及生产能力等。
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3) 要求形成的沉淀物溶解度要小 沉淀反应更完全，可节省贵金属用量 4) 要求形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤 尽量选用能生成晶型沉淀的沉淀剂
5) 要求沉淀剂必法的影响因素
⑴ 浓度
⑵ 温度