第四章-I 催化剂制备原理
合集下载
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。
催化剂制备与催化机理
详细描述
催化剂是一种能够改变化学反应速率但不参与反应的物质。它通过降低反应的活化能，使反应更加容易进行。根 据不同的分类标准，催化剂可以分为多种类型。例如，根据作用机理，催化剂可以分为均相催化剂和多相催化剂 ；根据反应类型，催化剂可以分为氧化催化剂、还原催化剂、聚合催化剂等。
催化剂在化学工业中的重要性
催化剂性能评价
活性评价
总结词
详细描述
活性是衡量催化剂效能的重要指标，主要 关注催化剂在反应中降低活化能的能力。
活性评价通常通过比较不同催化剂在相同 条件下的反应速率来进行，反应速率越快 ，催化剂的活性越高。
总结词
详细描述
活性评价通常采用动力学方法，通过测定 反应速率常数来评估催化剂的活性。
在活性评价中，需要控制实验条件，如温 度、压力、浓度等，以确保实验结果的准 确性和可靠性。
收性等因素。
新材料合成中的催化剂
新材料合成中，催化剂主要用于加速材料的合成反应，提高产物的纯度 和产量。例如，在合成高分子材料、纳米材料、复合材料等过程中，催 化剂都发挥着重要作用。
催化剂还可以用于合成新型功能材料，如导电材料、超导材料、光学材 料等。这些材料在电子、通信、航空航天等领域有广泛应用。
电子转移等微观过程。
反应动力学研究
03
通过实验测定反应速率常数和活化能等动力学参数，为理解催
化机理提供实验依据。
催化剂制备技术的改进
纳米技术应用
利用纳米技术制备具有特定形貌、尺寸和组成的 催化剂，提高其催化性能。
表面修饰技术
通过表面修饰方法改善催化剂的活性、选择性和 稳定性，提高其在实际应用中的表现。
稳定性评价
总结词
稳定性是衡量催化剂在长时间反应中保持效能的能力的指标。
催化剂是一种能够改变化学反应速率但不参与反应的物质。它通过降低反应的活化能，使反应更加容易进行。根 据不同的分类标准，催化剂可以分为多种类型。例如，根据作用机理，催化剂可以分为均相催化剂和多相催化剂 ；根据反应类型，催化剂可以分为氧化催化剂、还原催化剂、聚合催化剂等。
催化剂在化学工业中的重要性
催化剂性能评价
活性评价
总结词
详细描述
活性是衡量催化剂效能的重要指标，主要 关注催化剂在反应中降低活化能的能力。
活性评价通常通过比较不同催化剂在相同 条件下的反应速率来进行，反应速率越快 ，催化剂的活性越高。
总结词
详细描述
活性评价通常采用动力学方法，通过测定 反应速率常数来评估催化剂的活性。
在活性评价中，需要控制实验条件，如温 度、压力、浓度等，以确保实验结果的准 确性和可靠性。
收性等因素。
新材料合成中的催化剂
新材料合成中，催化剂主要用于加速材料的合成反应，提高产物的纯度 和产量。例如，在合成高分子材料、纳米材料、复合材料等过程中，催 化剂都发挥着重要作用。
催化剂还可以用于合成新型功能材料，如导电材料、超导材料、光学材 料等。这些材料在电子、通信、航空航天等领域有广泛应用。
电子转移等微观过程。
反应动力学研究
03
通过实验测定反应速率常数和活化能等动力学参数，为理解催
化机理提供实验依据。
催化剂制备技术的改进
纳米技术应用
利用纳米技术制备具有特定形貌、尺寸和组成的 催化剂，提高其催化性能。
表面修饰技术
通过表面修饰方法改善催化剂的活性、选择性和 稳定性，提高其在实际应用中的表现。
稳定性评价
总结词
稳定性是衡量催化剂在长时间反应中保持效能的能力的指标。
催化剂制备原理-浸渍法
催化剂制备的单元操作-浸渍法
把载体浸渍（浸泡）在含有活性组分（和助催化剂）的化合物溶
液中，经过一段时间后除去剩余的液体，再经干燥、焙烧和活化
（还原或硫化）后即得催化剂
—— 广泛用于制备负载型催化剂
载体（如Al2O3）的沉淀
（尤其负载型金属催化剂）
洗涤、干燥
载体的成型
用活性组份溶液浸渍
干燥 焙烧分解
负载型金属催化剂
✓ 低比表面积、大孔径 （使乙炔加氢产物乙烯尽快脱离催化剂表面）
✓ 无酸性（防止烯、炔的聚合反应，延长催化剂寿命）
载体的预处理： ➢ 焙烧 ➢ 酸化 ➢ 钝化 ➢ 扩孔
氧化铝的焙烧
• 浸渍液的配置
➢ 活性组分金属的易溶盐 —— 硝酸盐、铵盐、有机酸 盐（乙酸盐、乳酸盐）
➢ 浸渍液浓度：
催化剂中活性组分含量（以氧化物计）
Bucket
Drive wheel
Dry impregnation：
To drying
a.
Bucket filter
Impregnating solution
Impregnating basin
Impregnating solution
Spray header
Support to be impregnated
➢ 浸渍时间
Impregnation of -Alumina with Ni (from 1.0 M Ni(NO3)2)
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
• 浸渍影响因素
➢ 浸渍液浓度
把载体浸渍（浸泡）在含有活性组分（和助催化剂）的化合物溶
液中，经过一段时间后除去剩余的液体，再经干燥、焙烧和活化
（还原或硫化）后即得催化剂
—— 广泛用于制备负载型催化剂
载体（如Al2O3）的沉淀
（尤其负载型金属催化剂）
洗涤、干燥
载体的成型
用活性组份溶液浸渍
干燥 焙烧分解
负载型金属催化剂
✓ 低比表面积、大孔径 （使乙炔加氢产物乙烯尽快脱离催化剂表面）
✓ 无酸性（防止烯、炔的聚合反应，延长催化剂寿命）
载体的预处理： ➢ 焙烧 ➢ 酸化 ➢ 钝化 ➢ 扩孔
氧化铝的焙烧
• 浸渍液的配置
➢ 活性组分金属的易溶盐 —— 硝酸盐、铵盐、有机酸 盐（乙酸盐、乳酸盐）
➢ 浸渍液浓度：
催化剂中活性组分含量（以氧化物计）
Bucket
Drive wheel
Dry impregnation：
To drying
a.
Bucket filter
Impregnating solution
Impregnating basin
Impregnating solution
Spray header
Support to be impregnated
➢ 浸渍时间
Impregnation of -Alumina with Ni (from 1.0 M Ni(NO3)2)
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
• 浸渍影响因素
➢ 浸渍液浓度
催化剂的制备及催化机理研究
催化剂的制备及催化机理研究
催化剂是一种可以加速化学反应的物质，具有很广泛的应用。
除了在工业领域
中用于生产化学品和燃料外，催化剂还被用于环保、药物合成、食品加工等方面。
催化剂的制备及催化机理研究一直是化学领域中的热点之一。
催化剂的制备通常分为物理法、化学法和生物法。
其中物理法是通过改变催化
剂的物理状态来提高其催化活性，例如将催化剂制成更细小的颗粒或更大的表面积。
化学法则是利用化学反应生成新的催化剂，或者通过化学还原方法来改变催化剂表面的特性。
生物法是利用生物体的特殊性质制备催化剂。
催化机理的研究是理解催化剂作用的关键。
催化过程涉及到催化剂与反应物之
间的相互作用，而不涉及反应物之间的作用，因此催化剂在反应中起到了极其重要的作用。
一些传统的研究方法包括材料表征、催化反应机理和表面组织结构等。
有越来越多的新兴分析技术被用于催化机理研究，如透射电子显微镜（TEM）、X
射线吸收光谱学等。
催化剂的制备和研究对于化学领域的发展具有非常重大的意义。
在催化剂研究
领域中，我们需要不断地开发新的催化剂，以提高其催化活性和选择性，可以让其在更广泛的反应种类中被应用，同时提高工业效率和资源利用率。
此外，对于催化机理的研究也是很有意义的，能够了解催化剂的作用原理，从而开发更高效、更节约的合成方法，同时也对于环境保护、生命科学等领域都有重大贡献。
在未来，催化剂的研究将越来越重要，因为化学合成仍然是许多领域的基石。
催化剂的制备和研究可以促进工业生产的发展，实现资源共享，降低生产成本，同时也保护了环境，符合可持续发展的理念。
催化剂制备方法PPT课件
过 滤
干燥
洗 涤
Na型 丝光
沸石
18
浸渍法
将载体放进含有活性物质的液体中浸渍
载体（如Al2O3）的沉淀 洗涤干燥 载体的成型 用活性组份浸渍 干燥
焙烧分解
活化还原
2021
负载型金属催化剂
19
浸渍法的原理
活性组份在载体表面上的吸附 毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部 提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度） 活性组份在载体上的不均匀分布
粉末细，成型后机械强度高，但成球困难 加入粘合剂（水），量少成球时间长，量
大时造成多胞，难成球 加大转盘转数和倾斜度，粒度下降；转盘
深，粒度大
2021
47
固体催化剂制备方法进展
超细粒度催化剂
– 超细粒子在纳米尺度时的表面效应
– 反应中的扩散行为
– 催化剂活性增强
溶胶凝胶法
– 多组分在胶体中分布均匀
加热到90-100 0C尿素， 同时释放出OH-
2021
11
导晶沉淀法
借助晶化导向剂引导非晶型沉淀转化为 晶型沉淀
X,Y分子筛 合成
分子筛合 成原料
加晶种 晶化
2021
无定型物 转
X，Y晶体 化
高结晶度
12
沉淀时金属盐类的选择
一般选用硝酸盐（大都溶于水） 贵金属为氯化物的浓盐酸溶液 铼选用高铼酸（H2Re2O7）
金属盐溶液
NaOH(Na2CO3)
沉淀
活
洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型
化
催化剂
2021
8
单组分沉淀法
制备非贵金属的单组分催化剂或载体
Al3+ + OH-
载体Al2O3
中科院研究生课件《催化原理》第四章酸碱催化剂及其作用机理
=O
=O
=O
=O
OH OH OH B CH3CH=CHCH CH3CHCH2CH CH3CHCH CH
=O
4.2.2 酸催化反应机理
经实验证实, 酸催化丙酮卤化, 与溴浓度无关, 也有消旋现象， 其反应机理为:
=O
=O
4.2 一般的酸碱催化反应
CH3CCH3 + H
+
OH + OH H CH3C-CH2-H CH3C= CH2
4.2 一般的酸碱催化反应
=O
CH3CCH3
+ Br2
CH3CCH2Br
=O
+
HBr
• 可以由酸、碱作Cat • 反应速度与丙酮浓度成正比，而与溴浓度无关 • 表明反应有一中间物生成且速度较慢，为控制步骤而中间产 物与溴反应速度较快。 • 实验测得的卤化速度实际上是丙酮生成中间产物的反应速度。
OH CH3CCH3 CH2= CCH3 • 因此，烯醇式结构有可能就是反应过程中的中间产物。
+
=O
V = k1[HS][B] V = k1[HA][S]
快 P k2
4.3 特殊酸碱催化反应：
4.3 特殊酸碱催化反应：指只有溶剂化质子（如：H3O+、 C2H5OH2+、NH4+）或溶剂的共轭碱（OH-、C2H5O-、NH2-） 具有催化活性的反应。 由此可见一般酸碱反应与特殊酸碱反应过程是一样的，只不过 催化反应的Cat.不同机理不一样.
4.2.1碱催化反应的机理 碱催化下我们假设反应的机理如下：
=O
4.2 一般的酸碱催化反应
CH3CCH3 + B O [CH2= CCH3 O [CH2= CCH3 CH2- CCH3 ] + Br-Br
第四章-I催化剂制备原理讲义
机固体酸、碱体系之间.
典型阳离子交换树脂的催化反应
水解反应
乙酸甲酯
甲酸甲酯
乙酸 + 甲醇
甲酸+甲醇
蔗糖 糖原 淀粉 纤维素等水解
催化活性与HCl相当
优缺点
优点 商品来源稳定; 适用于气、液相，也适用于非水体系; 大孔的离子交换树脂具有固定的结构，体积
受溶剂作用影响很小，适用于填充柱操作;
若将表面质子先以NH4+离子替代，离子交换即可 进行硅酸铝的离子交换反应： H2SA + 2NH4+ = (NH4)2SA + 2H+ (NH4)2SA + M2+ = MSA + 2NH4+
利用离子交换法制得的Pd/SA催化剂，当Pd含量 小于0.03mg/gSA时，Pd几乎以原子状态分散。 离子离子交换法
离子交换法是利用载体表面上存在着可进行交换 的离子，将活性组分通过离子交换（通常是阳离子交 换），交换到载体上，然后再经过适当的后处理，如 洗涤、干燥、焙烧、还原最后得到金属负载型催化剂。
该法制得的催化剂经还原后所得的金属微粒极细，
催化剂的活性及选择性极高。
如：焙烧过的硅酸铝(SA)表面带有OH基团，有很 强的质子酸性，但这些质子(H+)不能与过渡金属或 金属氨络离子直接进行交换。
便于保存和运输;
酸性部位处于树脂内部;
同一催化剂可以反复使用.
缺点
热稳定性差 最高120℃;
耐磨性差，机械强度低; 价格较贵;
谢谢
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
典型阳离子交换树脂的催化反应
水解反应
乙酸甲酯
甲酸甲酯
乙酸 + 甲醇
甲酸+甲醇
蔗糖 糖原 淀粉 纤维素等水解
催化活性与HCl相当
优缺点
优点 商品来源稳定; 适用于气、液相，也适用于非水体系; 大孔的离子交换树脂具有固定的结构，体积
受溶剂作用影响很小，适用于填充柱操作;
若将表面质子先以NH4+离子替代，离子交换即可 进行硅酸铝的离子交换反应： H2SA + 2NH4+ = (NH4)2SA + 2H+ (NH4)2SA + M2+ = MSA + 2NH4+
利用离子交换法制得的Pd/SA催化剂，当Pd含量 小于0.03mg/gSA时，Pd几乎以原子状态分散。 离子离子交换法
离子交换法是利用载体表面上存在着可进行交换 的离子，将活性组分通过离子交换（通常是阳离子交 换），交换到载体上，然后再经过适当的后处理，如 洗涤、干燥、焙烧、还原最后得到金属负载型催化剂。
该法制得的催化剂经还原后所得的金属微粒极细，
催化剂的活性及选择性极高。
如：焙烧过的硅酸铝(SA)表面带有OH基团，有很 强的质子酸性，但这些质子(H+)不能与过渡金属或 金属氨络离子直接进行交换。
便于保存和运输;
酸性部位处于树脂内部;
同一催化剂可以反复使用.
缺点
热稳定性差 最高120℃;
耐磨性差，机械强度低; 价格较贵;
谢谢
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
第4章 工业催化剂的制备、成型与使用_PPT幻灯片
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，
晶核生成速率 N生成 k(cc*3~ )4
晶核长大速率
N扩散 D A(cc')
kdA(cc*)(扩散控制) N 表面 反 k'A 应 (c'c*)
k'A(cc*1)~2(表面反应控制)
-- 扩散控制取决于湍动情况(搅拌情况)，表面反应 25
取决于温度和浓度，是何种控制取决于具体情况
26
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
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
30
5. 搅拌的影响 搅拌加强溶液的湍动，减小扩散层厚度δ、加大
扩散系数D。搅拌有利于晶粒长大，同时促进晶核的 生成，但对后者的影响微弱。
随着搅拌速度的提高，开始晶粒长大速率时急 剧增加；当达到一极值后，再继续提高搅拌速度时， 晶粒长大速率就基本不变
31
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
催化剂制备方法课件
沉淀时沉淀剂的选择
• 易分解挥发除去（氨气，氨水，铵盐，碳 酸盐等） • 形成的沉淀物便于过滤和洗涤（最好是晶 型沉淀，杂质少，易过滤洗涤） • 沉淀剂的溶解度要大（这样被沉淀物吸附 的量就少） • 沉淀物的溶解度应很小 • 沉淀剂无污染
沉淀形成影响因素
• 浓度
– 溶液浓度过饱和时，晶体析出，但太大晶核增多，晶 粒会变小）
用NaAlO2 沉淀剂，pH 8.6～9.6中和，制得β-— 三 水铝石，脱水得到 h— Al2O3 h—Al2O3 较软的白垩状，机械强度相对较差
熟化条件
pH 9.5～10.5 温度 60℃ ＜40℃ 易得 α—三水铝石 时间 3 ～4小时 时间长，比表面下降，而SO42- 脱除完全，杂
催化重整
金属： 多金属 簇，合 金
加氢 脱氢 氢解 (氧化)
负载
甲烷化
油脂加氢 合成氨
整体
Pt网 , Ag网
氨氧化
类别
功能
状态 单一
催化剂例 Al2O3 ,Cr2O3 ,V2O5 SiO2- Al2O3 , TiO2- Al2O3 BiTiO3 ,CuCr2O4 ,Bi2MoO6 NiO-CaAl2O4
多次浸渍法
• 重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性 物质含量较高的催化剂 • 可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附
浸渍液配制 要求： 一般用活性组分化合物应该是易溶 于水的，活性组分金属的易溶盐配成溶 液，在焙烧时能分解成所需的活性组分
必须使无用组分在热分解或还原过
程中挥发出去
浸渍溶液浓度必须控制恰当
干混法
• 锌锰系脱硫催化剂（合成氨厂的原料气净 化，脱除其中含有的有机硫化物）
氧ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ镁
催化剂制备原理-沉淀法
速
率
快,易产生错位和晶格缺陷,但 也易包藏杂质、晶粒较小 沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加 入,以免局部过浓
非晶形沉淀应在较浓溶液中进
溶液过饱和度
行,沉淀剂应在搅拌下迅速加 入
生成速率或长大速率
➢ 温度
晶
晶核生成速率
核
长
大
速
率
晶体颗粒大小
温度
结论： 晶核生成速率、长大速率存 在极大值〔晶核生成速率最 大时的温度比晶核长大速率 最大时的温度低得多〕 低温有利于晶核生成,不利于 晶核长大,一般得到细小颗粒 晶形沉淀应在较热溶液中进 行,并且热溶液中沉淀吸附杂 质少、沉淀时间短〔一般7080 oC〕
导向剂
• 配位〔共〕沉淀法
先在金属盐溶液中加入配位剂,形成金属配位物溶液,然后与沉淀剂一起并 流到沉淀槽中进行沉淀.由于配位剂的加入,控制金属离子的浓度,使得沉 淀物的粒径分布均匀
• 沉淀的后处理过程
➢ 老化 ➢ 过滤 ➢ 洗涤 ➢ 干燥 ➢ 焙烧 ➢ 成型 ➢ 活化
小结：
晶形沉淀形成条件： 沉淀应在稀溶液中进行 沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加入 较热溶液中进行 老化 非晶形沉淀形成条件： 沉淀应在较浓溶液中进行 沉淀剂应在搅拌下迅速加入 沉淀后,加入较大量热水稀释〔减少杂质〕,
〔防止形成结构或组成不均匀的沉淀〕
Ni(NO3)2 + HNO3溶液 = 1.1
NaNO3溶液 = 1.2
Na2SiO3溶液 = 1.3
Ni/SiO2制备 〔苯选择加氢催化剂〕
形成均匀的水溶胶或胶冻,再经分离、 洗涤、干燥、焙烧、还原即得催化剂
• 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快速有效 方法 — 预加少量晶种引导结晶快速完整形成 例：制备高硅钠型分子筛〔丝光沸石、X型、Y型分子筛〕
催化剂的制备方法 PPT
Na2CO3并流加入沉淀槽中，强烈搅拌下于恒温与近中性条件下形 成三组分沉淀，经过滤、洗涤、干燥、焙烧后，即为催化剂前驱 物。
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。
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。
催化剂制备原理
催化剂制备原理1．什么是催化剂，什么是催化作用，催化剂的特性。
催化剂是一种物质，能加速反应速率而不改变反应的标准Gibbs 自由焓变化。
在催化剂参与下的化学反应。
在催化反应中，催化剂与反应物发生化学作用，改变了反应途径，从而降低了反应的活化能，得以提高反应速率。
催化剂的特性：加快反应速度，但不进入化学反应计量，对反应有选择性，只能加速热力学上可能的反应，不改变平衡位置，催化剂有一定寿命。
2．催化剂的价格指标有什么？3．催化剂的评价指标活性，选择性，稳定性，寿命4．名词解释，比表面积，比孔容，孔隙率。
比表面积：单位质量催化剂所具有的表面积比孔容积：1g催化剂中颗粒内部细孔的总体积孔隙率：催化剂内细孔的体积占颗粒总体积的分数5．催化剂的制备方法浸渍法，沉淀法，混合法，沥滤法，熔融法，水热合成法，离子交换法6．催化剂密度有几种表示方法，如何测定7．催化剂的稳定性化学稳定性，耐热稳定性，抗毒稳定性，机械稳定性8．固体催化剂的一般组成。
9．浸渍法：将一中或几种活性组分载于载体上，通常是将载体与金属盐类的谁溶液接触，使金属盐类溶液吸附或贮存在载体的毛细管中，然后除去过剩的溶液，经过干燥，煅烧和活化即可得到催化剂10．催化剂载体的作用11．沉淀法：将金属盐溶液和沉淀剂分别加入不断搅拌的沉淀槽中，生成固体沉淀，经洗涤，过滤，干燥，煅烧，活化制得。
12．影响晶体长大的因素，晶体的大小和数量怎样影响晶体长大？过饱和度，搅拌，晶种，温度，杂质。
加入晶种的大小应该与溶液的过饱和度相适应，晶粒过小，就可能溶解，起不到晶种的作用。
晶粒用量过多，溶液的过饱和度不足以使晶核充分长大，也得不到大颗粒晶体。
13．什么是沉淀物老化，老化过程中发生的变化沉淀法生产催化剂时，沉淀反应终了后，沉淀物与溶液在一定条件下还要接触一段时间，在这期间，沉淀物的性质随时间变化，所发生的不可逆结构变化称为老化。
老化形式：颗粒长大，晶型完善及转变，凝胶的脱水收缩。
催化剂制备的科学原理
循环使用
催化剂可以循环使用，提高经济性和减少废物产 生。
催化剂的定义和功能
1 定义
催化剂是一种物质，能够改变化学反应路径，但不参与反应，且在反应结束后能够恢复 原状。
2 功能
催化剂能够提供活性位点，吸附反应物，调整反应物的构型，解离反应物并催化生成新 的物质。
催化剂制备的基本原理
1
选择催化剂原料
纳米催化剂
新材料和纳米技术的发展为制备 高效、选择性和可持续的催化剂 提供了巨大机遇。
计算机辅助设计
通过计算机模拟和模型预测，加 速催化剂的设计和开发过程。
可持续催化剂
绿色催化剂的制备和应用将成为 未来发展的重点，以减少对环境 的影响。
1 沉淀法
通过溶液反应得到固体催化剂，如沉淀、共沉淀和沉积等方法。
2 离子交换法
利用阳离子交换树脂将阳离子催化剂交换出来，得到固体催化剂。
3 凝胶法
通过溶胶-凝胶过程制备催化剂，通过控制溶剂的挥发、胶凝条件和热处理等方法获得高 性能的催化剂。
催化剂制备中的关键考虑因素
催化剂成分
选择合适的催化剂原料和添加 物，以控制催化剂的活性和选 择性。
反应条件
调整温度、压力、反应时间等 的形貌，如颗粒大 小、晶体结构等，对催化活性 具有重要影响。
催化剂制备的挑战与解决方案
• 催化剂活性的提高与稳定性的平衡 • 资源的可持续性与催化剂制备方法的优化 • 催化剂的规模化制备与实际应用之间的转化
催化剂制备的未来发展
选择合适的原料，如金属盐、金属氧化物或有机化合物。
2
催化剂的激活
采用不同的激活方法，如还原、氧化或阳离子交换，使催化剂具备活性。
3
控制催化剂形貌
通过调控反应条件和添加催化助剂，控制催化剂的表面形貌，以提高催化性能。
催化剂可以循环使用，提高经济性和减少废物产 生。
催化剂的定义和功能
1 定义
催化剂是一种物质，能够改变化学反应路径，但不参与反应，且在反应结束后能够恢复 原状。
2 功能
催化剂能够提供活性位点，吸附反应物，调整反应物的构型，解离反应物并催化生成新 的物质。
催化剂制备的基本原理
1
选择催化剂原料
纳米催化剂
新材料和纳米技术的发展为制备 高效、选择性和可持续的催化剂 提供了巨大机遇。
计算机辅助设计
通过计算机模拟和模型预测，加 速催化剂的设计和开发过程。
可持续催化剂
绿色催化剂的制备和应用将成为 未来发展的重点，以减少对环境 的影响。
1 沉淀法
通过溶液反应得到固体催化剂，如沉淀、共沉淀和沉积等方法。
2 离子交换法
利用阳离子交换树脂将阳离子催化剂交换出来，得到固体催化剂。
3 凝胶法
通过溶胶-凝胶过程制备催化剂，通过控制溶剂的挥发、胶凝条件和热处理等方法获得高 性能的催化剂。
催化剂制备中的关键考虑因素
催化剂成分
选择合适的催化剂原料和添加 物，以控制催化剂的活性和选 择性。
反应条件
调整温度、压力、反应时间等 的形貌，如颗粒大 小、晶体结构等，对催化活性 具有重要影响。
催化剂制备的挑战与解决方案
• 催化剂活性的提高与稳定性的平衡 • 资源的可持续性与催化剂制备方法的优化 • 催化剂的规模化制备与实际应用之间的转化
催化剂制备的未来发展
选择合适的原料，如金属盐、金属氧化物或有机化合物。
2
催化剂的激活
采用不同的激活方法，如还原、氧化或阳离子交换，使催化剂具备活性。
3
控制催化剂形貌
通过调控反应条件和添加催化助剂，控制催化剂的表面形貌，以提高催化性能。
催化剂制备原理
催化剂制备原理
催化剂制备原理是通过特定的方法和条件，将一定的原料进行处理和加工，以得到具有催化活性和选择性的固体、液体或气体物质。
催化剂的制备过程通常包括以下几个步骤：
1. 原料选择：根据所需催化反应的特点和催化剂的应用环境，选择合适的原料作为催化剂的基础材料。
常见的原料包括金属、金属氧化物、配位化合物等。
2. 原料预处理：对选定的原料进行预处理，以提高其催化活性和稳定性。
预处理的方法包括洗涤、过滤、干燥、分散等，可去除原料中的杂质，调整其粒径和表面性质。
3. 催化剂形态设计：根据催化反应的需求和催化剂的载体设计，选择合适的形态结构。
常见的形态有粉末、颗粒、膜、纤维等。
形态设计可以调控催化剂的比表面积、孔结构、分散度等，从而影响其催化性能。
4. 活性组分引入：将活性组分引入到催化剂中，提高催化剂的催化活性。
活性组分可以是金属、金属氧化物、化学物质等。
引入方法包括共沉淀法、浸渍法、离子交换法等。
5. 后处理和表面改性：对制备好的催化剂进行后处理和表面改性，以进一步提高其催化性能和稳定性。
后处理方法包括还原、氧化、硫化、酸洗等，表面改性可通过调控催化剂的酸碱性、孔径分布、表面活性位点等。
催化剂制备原理的核心在于通过合适的化学、物理处理手段，调控催化剂的结构和性质，以实现所需的催化反应。
制备好的催化剂通常具有高的催化活性、选择性和稳定性，能有效降低反应温度、提高反应速率，并且可重复使用，具有重要的应用价值。
催化剂制备原理-成胶
金属醇盐的水解和缩聚反应可分别表示为：
经加热去除有机溶液得到金属氧化物超微粒子
溶胶—凝胶法的优缺点 (i) 化学均匀性好。由于溶胶 — 凝胶过程 中，溶胶由溶液制得，故胶粒内及胶粒 间化学成分完全一致。 （ ⅱ ）高纯度：粉料 ( 特别是多组份粉料 ) 制备过程中无需机械混合。 (ⅲ)颗粒细：胶粒尺寸小于0.1μm。
（ ⅳ）该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分。不溶 性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀的组分的溶液， 经胶凝化，不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中。 不溶性组分颗粒越细，体系化学均匀性越好。
(v)烘干后的球形凝胶颗粒自身烧结温度低，但凝胶 颗粒之间烧结性差，即体材料烧结性不好。 (ⅵ)干燥时收缩大。
溶胶凝胶法介绍
液相法是在液相中合成陶瓷材料，又称湿化学 法、溶液法等。
优点：比较容易控制成核, 容易控制颗粒的化学组成、 形状及大小, 添加的微量成分和组成较均匀。 缺点：极易引入杂质(如部分阴离子等) , 造成所得粉 体纯度不够。
溶胶-凝胶法 沉 淀 法 液相法 水 解 法 喷雾法 水热 法
1.溶胶—凝胶法(sol-gel)
(1)溶胶的制备 有两种方法制备溶胶
分散法 凝聚法（用物理或化学方法是分子或离子聚集） 催化剂生产中应用最多的是化学凝聚法
催化剂生产中的化学凝聚法
五种方法：
（1）还原法：用于生产各种溶胶 HAuCl4+H2O2=Au+HCl+3O2 Au3++学宁（还原剂）——>Au溶液（加热， 并加入少量碳酸钾） （2）氧化法 H2S+O2=2S(溶胶)+H2O （3）水解法 FeCl3+H2O——>Fe(OH)3（溶胶） +HCl （煮沸）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
如：用H+与Na型离子树脂、或分子筛交换；
NH4+、碱土金属离子、稀土金属离子、贵金属离 子与分子筛交换。
催化性能
作为固体酸碱催化剂与均相溶液中的硫酸、盐
酸、氢氧化钠（钾）的作用是一致的;
ห้องสมุดไป่ตู้
反应介质中，聚合物骨架会发生溶胀，有利于
反应物接近于催化活性部位，近似均相反应;
催化性能介于低分子量的酸、碱均相体系与无
便于保存和运输;
酸性部位处于树脂内部;
同一催化剂可以反复使用.
缺点
热稳定性差 最高120℃;
耐磨性差，机械强度低; 价格较贵;
谢谢
若将表面质子先以NH4+离子替代，离子交换即可 进行硅酸铝的离子交换反应： H2SA + 2NH4+ = (NH4)2SA + 2H+ (NH4)2SA + M2+ = MSA + 2NH4+
利用离子交换法制得的Pd/SA催化剂，当Pd含量 小于0.03mg/gSA时，Pd几乎以原子状态分散。 离子交换法常用于Na型分子筛及Na型离子交换 树脂除去Na+。
机固体酸、碱体系之间.
典型阳离子交换树脂的催化反应
水解反应
乙酸甲酯
甲酸甲酯
乙酸 + 甲醇
甲酸+甲醇
蔗糖 糖原 淀粉 纤维素等水解
催化活性与HCl相当
优缺点
优点 商品来源稳定; 适用于气、液相，也适用于非水体系; 大孔的离子交换树脂具有固定的结构，体积
受溶剂作用影响很小，适用于填充柱操作;
四、离子交换法
离子交换法是利用载体表面上存在着可进行交换 的离子，将活性组分通过离子交换（通常是阳离子交 换），交换到载体上，然后再经过适当的后处理，如 洗涤、干燥、焙烧、还原最后得到金属负载型催化剂。
该法制得的催化剂经还原后所得的金属微粒极细，
催化剂的活性及选择性极高。
如：焙烧过的硅酸铝(SA)表面带有OH基团，有很 强的质子酸性，但这些质子(H+)不能与过渡金属或 金属氨络离子直接进行交换。