工业催化原理工业催化剂的制备和成型
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化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：工艺流程示意图
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：具体过程
将工业硫酸产品粉碎，于 60-70℃温水中溶解，制成相对密度为 1.21-
1.23的Al2(SO4)3溶液，同时配制质量含量为20%的Na2CO3溶液。将此
（2）沉淀操作的温度
沉淀时晶核的形成和长大与溶液的过饱和度有关，而溶液的过饱和度又 与温度有关，因此沉淀时的温度与沉淀物的颗粒也有很大的关系。通常 情况下沉淀时的温度愈低晶核形成的速度愈快，晶核颗粒也较小；较高 温度下的沉淀溶液的过饱和度相对较低，有利于晶体颗粒的成长增大。 另外，较高温度下的沉淀还可减少沉淀颗粒中的杂质，缩短沉淀的时间， 提高效率。但受水沸点的限制，多数沉淀操作在70-80℃进行。
水软铝石 (ρ-Al2O3﹒nH2O)，最后在 500℃焙烧 6 h，即可制得 γ-Al2O3。
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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。
（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。
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第一节 沉淀法
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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。
两种溶液分别加入各自的高温槽，然后经过热交换器预热至 50-60℃， 通过活塞开关并流到沉淀槽混合充分，pH值控制在 5-6，在不断搅拌
下形成无定形氢氧化铝沉淀。沉淀浆液送入到过滤器抽滤分离，沉淀
移入洗涤槽打浆洗涤，洗液为 50-60℃的蒸馏水，洗涤至不显 SO42-为 止。洗净的沉淀转入 pH值为 9.5-10.5，温度为 60℃左右的氨水溶液中 静置陈化 4 h，陈化后沉淀物又重复过滤、洗涤，至溶液的比电阻超 过200 Ω/cm，将沉淀物于100-110℃温度下干燥，制得半结晶状的假 -
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。
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第一节 沉淀法
2、影响沉淀的因素Baidu Nhomakorabea
（1）溶液的浓度
从沉淀原理上讲，待沉淀溶液的浓度达到饱和浓度时，沉淀开始生成， 因此获得沉淀的必要条件是溶液的浓度要超过饱和浓度。溶液浓度超过 饱和浓度的程度称为溶液的过饱和度。通常情况下，溶液的过饱和度与 沉淀的晶型有直接的关系，当沉淀在较稀的溶液中进行时，沉淀在较小 的过饱和度下就会形成，晶核生成的速度较低，有利于晶体颗粒的长大。 若沉淀溶液的浓度较大，沉淀时的过饱和度就会较高，晶核生成的速度 较快，沉淀的颗粒相对会较细。
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第一节 沉淀法
低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 工艺流程示意图
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第一节 沉淀法
低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 制备过程：
将给定浓度和比例的 Cu(NO3)2、 Zn(NO3)2、Al2(NO3)3溶液， 与Na2CO3溶液并流加入沉淀槽反应器中，在激烈搅拌的同 时，注意调节加料流速，以控制沉淀介质的 pH 值稳定在 7±0.2之间，沉淀温度为70℃。
加料完成后，过滤，洗涤至没有Na+，在110℃下干燥沉淀 物，并在空气中， 300℃焙烧，然后将焙烧的粉末在 500 kg/cm2的压力下，压成φ15 mm×80 mm的圆柱体，即为制 备的CuO-ZnO-Al2O3催化剂。
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第一节 沉淀法
3、均匀沉淀法
该法首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个 非常均匀的体系，然后调节沉淀操作的温度等条件，进而 改变沉淀体系的 pH 值，在沉淀体系中逐渐生成沉淀，并 使沉淀缓慢进行，从而制得颗粒大小十分均匀、而且比较 纯净的沉淀物。
5、导晶沉淀法
是借助晶种等晶化导向剂，引导非晶型沉淀转化为晶型沉 淀的快速而有效的方法。如以廉价的水玻璃为原料，制备 丝光沸石、Y型、X型等高硅钠型分子筛等。
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第一节 沉淀法
二、沉淀法操作的技术要点
1、待沉淀盐类和沉淀淀剂的选择原则
（1）待沉淀盐类
首选的是各类金属硝酸盐，因为绝大部分硝酸盐都可溶于水， 这样配制沉淀溶液时较方便，对沉淀反应比较有利。某些金属 的甲酸盐和草酸盐也是常选的盐类，但价格相对较贵。贵金属 的盐类常为氯化物，因其硝酸盐较少，沉淀后的氯离子也容易 被水洗干净。
第一节 沉淀法
沉淀法是以沉淀操作为基本特征的工业催化剂的制备方法， 是固体催化剂最常用的制备方法之一，主要用于制备催化剂
活性组分含量较高且价格相对较低的非贵金属、金属氧化物、
金属硫化物、金属盐催化剂以及催化剂载体。
一、各种沉淀法 1、单组分沉淀法 本法是通过沉淀剂的作用，将单一组分沉淀制备催化剂的方法， 其沉淀物只有一个组分，因此，沉淀操作和过程控制相对比较 简单，是制备单组分催化剂或催化剂载体常用的方法。 如以碱 为沉淀剂，从酸化铝盐溶液中沉淀水合氧化铝，反应式如下： Al 3+ + OH Al2O3·nH2O
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第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：工艺流程示意图
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制备 γ-Al2O3实例：具体过程
将工业硫酸产品粉碎，于 60-70℃温水中溶解，制成相对密度为 1.21-
1.23的Al2(SO4)3溶液，同时配制质量含量为20%的Na2CO3溶液。将此
（2）沉淀操作的温度
沉淀时晶核的形成和长大与溶液的过饱和度有关，而溶液的过饱和度又 与温度有关，因此沉淀时的温度与沉淀物的颗粒也有很大的关系。通常 情况下沉淀时的温度愈低晶核形成的速度愈快，晶核颗粒也较小；较高 温度下的沉淀溶液的过饱和度相对较低，有利于晶体颗粒的成长增大。 另外，较高温度下的沉淀还可减少沉淀颗粒中的杂质，缩短沉淀的时间， 提高效率。但受水沸点的限制，多数沉淀操作在70-80℃进行。
水软铝石 (ρ-Al2O3﹒nH2O)，最后在 500℃焙烧 6 h，即可制得 γ-Al2O3。
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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。
（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。
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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。
两种溶液分别加入各自的高温槽，然后经过热交换器预热至 50-60℃， 通过活塞开关并流到沉淀槽混合充分，pH值控制在 5-6，在不断搅拌
下形成无定形氢氧化铝沉淀。沉淀浆液送入到过滤器抽滤分离，沉淀
移入洗涤槽打浆洗涤，洗液为 50-60℃的蒸馏水，洗涤至不显 SO42-为 止。洗净的沉淀转入 pH值为 9.5-10.5，温度为 60℃左右的氨水溶液中 静置陈化 4 h，陈化后沉淀物又重复过滤、洗涤，至溶液的比电阻超 过200 Ω/cm，将沉淀物于100-110℃温度下干燥，制得半结晶状的假 -
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。
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第一节 沉淀法
2、影响沉淀的因素Baidu Nhomakorabea
（1）溶液的浓度
从沉淀原理上讲，待沉淀溶液的浓度达到饱和浓度时，沉淀开始生成， 因此获得沉淀的必要条件是溶液的浓度要超过饱和浓度。溶液浓度超过 饱和浓度的程度称为溶液的过饱和度。通常情况下，溶液的过饱和度与 沉淀的晶型有直接的关系，当沉淀在较稀的溶液中进行时，沉淀在较小 的过饱和度下就会形成，晶核生成的速度较低，有利于晶体颗粒的长大。 若沉淀溶液的浓度较大，沉淀时的过饱和度就会较高，晶核生成的速度 较快，沉淀的颗粒相对会较细。
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低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 工艺流程示意图
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低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 制备过程：
将给定浓度和比例的 Cu(NO3)2、 Zn(NO3)2、Al2(NO3)3溶液， 与Na2CO3溶液并流加入沉淀槽反应器中，在激烈搅拌的同 时，注意调节加料流速，以控制沉淀介质的 pH 值稳定在 7±0.2之间，沉淀温度为70℃。
加料完成后，过滤，洗涤至没有Na+，在110℃下干燥沉淀 物，并在空气中， 300℃焙烧，然后将焙烧的粉末在 500 kg/cm2的压力下，压成φ15 mm×80 mm的圆柱体，即为制 备的CuO-ZnO-Al2O3催化剂。
化工资源有效利用国家重点实验室 6
第一节 沉淀法
3、均匀沉淀法
该法首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个 非常均匀的体系，然后调节沉淀操作的温度等条件，进而 改变沉淀体系的 pH 值，在沉淀体系中逐渐生成沉淀，并 使沉淀缓慢进行，从而制得颗粒大小十分均匀、而且比较 纯净的沉淀物。
5、导晶沉淀法
是借助晶种等晶化导向剂，引导非晶型沉淀转化为晶型沉 淀的快速而有效的方法。如以廉价的水玻璃为原料，制备 丝光沸石、Y型、X型等高硅钠型分子筛等。
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第一节 沉淀法
二、沉淀法操作的技术要点
1、待沉淀盐类和沉淀淀剂的选择原则
（1）待沉淀盐类
首选的是各类金属硝酸盐，因为绝大部分硝酸盐都可溶于水， 这样配制沉淀溶液时较方便，对沉淀反应比较有利。某些金属 的甲酸盐和草酸盐也是常选的盐类，但价格相对较贵。贵金属 的盐类常为氯化物，因其硝酸盐较少，沉淀后的氯离子也容易 被水洗干净。
第一节 沉淀法
沉淀法是以沉淀操作为基本特征的工业催化剂的制备方法， 是固体催化剂最常用的制备方法之一，主要用于制备催化剂
活性组分含量较高且价格相对较低的非贵金属、金属氧化物、
金属硫化物、金属盐催化剂以及催化剂载体。
一、各种沉淀法 1、单组分沉淀法 本法是通过沉淀剂的作用，将单一组分沉淀制备催化剂的方法， 其沉淀物只有一个组分，因此，沉淀操作和过程控制相对比较 简单，是制备单组分催化剂或催化剂载体常用的方法。 如以碱 为沉淀剂，从酸化铝盐溶液中沉淀水合氧化铝，反应式如下： Al 3+ + OH Al2O3·nH2O