催化剂制备与表征

催化剂制备简答题：

36．挤条成型过程中影响催化剂的性能有哪些因素?

粉体颗粒度、混捏时间和方式、水粉比、助挤剂。

37．喷雾干燥、油柱成型的原理是什么?

喷雾干燥成型和油柱成型是利用物料的自身表面张力、收缩成微球或小球。原理：前者是把料浆高速通过喷头(雾化器)将原料浆液分散成雾滴,并用高温气流干燥雾滴，失水成干燥微球；后者是将溶胶滴入油类中，利用介质和溶胶本身的表面张力将物料切割成小滴并收缩成小球。

38．连续流动搅拌反应器和活塞流反应器（无体积变化）的速率公式推导。

(1)连续流动搅拌反应器

从反应的稳态料平衡分析：

反应物进入反应器的流速=反应物离开反应器的流速+ 反应物反应速率

Q 0：反应物体积进料速度；W ：反应器中催化剂的重量；

C 0和C ：反应物进入和流出反应器的摩尔浓度

r ：单位重量催化剂上的总反应速率。

则上述物料平衡式可表述为Q 0C 0=Q 0C+rW

所以r=(C 0-C)Q 0/W

另一方面，速率也可以按单位催化剂体积来表示，在这种情况下r=(C 0-C)Q/V 式中V 为反应器中所盛催化剂的体积。

测量进料和出料中反应物浓度的变化，即可求得反应速率。

(2)活塞流反应器

在理想的活塞流反应器中，假定没有轴混，而且无浓度或流体速度的径向梯度，只是流体的组成随流动的距离而变化，所以须分析微分体积元dV 中的物料平衡。参照图，对微分体积元dV ，设

F ：反应物的摩尔流量；V ：催化剂体积；r ：单位催化剂体积的反应速率.

则物料平衡式为F=(F+dF)+rdV 由此可得出r= -dF/dV

设F 0为反应物进入反应器的摩尔进料速率，x 为转化率，如果在反应时无体积改变，则 F ＝F o (1一x)，r= - dF/dV=F 0×dx/dV

对截面为S 的管式反应器，dV ＝Sdl ，dl 为微分圆柱形体积元的厚度，则

F r

与CSTR 相反，PFR 不能直接测量反应速率，只有在转化率小到可以用x 代替dx 时才给出速率的直接测量。这实际上意味着使用极少量的催化剂，这种反应器称之为微分反应器。在这种条件下，速率可以由简单的差分方程计算而得

然而极小的dx 值在分析上有较大的困难，所以PFR 大都是在较高的转化率的情况下进行实验的，即按积分方式运转。其反应速率随反应器的轴向位置而改变，此时 （1） 式中停留时间=V/Q 0。将（1）式对整个反

应器积分，则得

0r dx x

⎰ (2) 式中的V 为填充催化剂的体积。式（1）可以表达为d d C r =0 （3）

C=C 0（1-x ），dC= - C 0dx

为了获得动力学数据，人们把x （或C ）对τ的积分数据加以微分来获得速率对浓度的依赖关系（3)式。

39．常用的实验室反应器类型及其特点？

实验室用的反应器类型很多，选什么样的反应器，要根据所研究的反应体系和所希望得到的信息而定。常用的反应器有脉冲、无梯度、间歇和管式四种类型。

(1)脉冲反应器

常用的脉冲反应器有两种类型，一种是微型反应管连在色谱柱之前，另一种脉冲反应器是没有单独的反应管、把催化剂直接装在色谱柱内，使色谱柱处于催化反应所需的条件下，反应物在Cat 上反应后立即被分离．然后进入鉴定器分析。

体系简单，只需少量的催化剂和反应物，而且可以快速测试。脉冲操作基本上保证了反应的等温特性，可在同一个恒温箱内平行地运转许多个这种反应器，同时测试几个催化剂。改变载气流速可以获得一批转化率数据。

(2)无梯度反应器

无梯度反应器的具体形式有(外、内)循环反应器和搅拌反应器两种。这种反应器由于避免了可能存在的温度梯度和浓度梯度，因而使得到的数据的准确性和重复性有很大提高，所以这类反应器特别适用于动力学研究。

(3)间歇反应器

主要应用于研究高压、高温反应，用高压釜快速筛选催化剂。它的主要优点是：1)装卸时间短，在给定时间内可完成比较多的试验，因为准备工作比起高压连续体系的快，不需要等待稳态出现，而且清理方便；2)与连续高压反应器相比投资少，不需要加倍的辅助设备就可以使两个以上高压釜同时运转。

(4) 管式反应器

是一种典型的不锈钢管式反应器，适用于很宽的温度和压力范围。其主要特点是1）由于反应物的分子在反应器内停留时间相等，所以在反应器内任何一点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间而变化，只随管长变化；2）管式反应器具有容积小、比表面大、单位容积的传热面积大，特别适用于热效应较大的反应；3）由于反应物在管式反应器中反应速度快、流速快，所以它的生产能力高；4）管式反应器适用于大型化和连续化的化工生产；5）和釜式反应器相比较，其返混较小，在流速较低的情况下，其管内流体流型接近与理想流体；

6）管式反应器既适用于液相反应，又适用于气相反应，用于加压反应尤为合适。

40．活性测定时需注意的几个因素是什么？

(1)反应气体严格净化, 控制有害物质含量；

(2)根据原料的特征, 选用合适的分析方法和流量测量方法；

(3)把催化剂床层内的温度梯度和浓度梯度降到最小，以确保测定是在动力学区内进行。无梯度反应器可满足这个要求。其他的反应器一般应考虑采取降低催化剂粒径、提高气流线速等措施；

(4)消除管壁效应．避免床层过热，因为靠近反应器壁处的空隙率高于反应器中心处，因此管壁处的流率和线速度可能会高于内部。提高反应器直径与催化剂颗粒直径的比值有利于管壁效应的消除。但这个比值不能过大，否则不利于反应热的导出。这个值一控制在6-12。

对催化剂床层的高度也有要求，床层高度和床层直径应有恰当的比例，一般情况下，高度应为直径的2-10倍左右。床层过短，势必要增加床层横截面积，导致气流线速降低，影响热量和质量的传递，还影响流体在床层中流动的均匀性。

以上诸因素常互相制约，例如，降低催化剂粒径虽然有利于内扩散阻力的消除，但却使有效扩散系数下降．这可能又引起床层内温差的增加。因此，要权衡各种因素的利弊，选择适宜的反应管直径、催化剂粒径与床层高度。

催化剂表征简答题：

8．DTA,DSC,XPS,TEM由哪几部分组成?

DTA：差热分析仪由试样部分，加热部分，温度调节部分和测定记录部分组成。

DSC：差示扫描量热仪由温度程序控制器，气氛控制器，差热放大器，功率补偿放大器和记录仪部分组成。

XPS：X射线光电子能谱仪主要由激发源，电子能量分析器，探测电子的检测器和真空系统等几个部分组成。

TEM：透射电子显微镜主要由照明系统，成像光学系统，记录系统，真空系统和电气系统等部分组成。