第二章催化剂的制备-沉淀法
负载型催化剂的制备方法
负载型催化剂的制备方法1.沉积-沉淀法：沉积-沉淀法是最常用的负载型催化剂制备方法之一、该方法的步骤如下：（1）选择合适的载体材料，如氧化物、碳材料等。
确保载体具有高度的稳定性和活性表面。
（2）将载体通过悬浮剂悬浮在溶液中。
（3）通过沉积-沉淀过程，将活性催化剂沉积在载体表面上。
这可以通过添加适当的沉淀剂或通过化学反应来实现。
（4）通过干燥和煅烧等步骤，使催化剂固定在载体上。
2.浸渍法：浸渍法是一种简单而有效的负载型催化剂制备方法。
其步骤如下：（1）选择合适的载体材料。
（2）将载体放入催化剂溶液中浸泡。
（3）待催化剂充分浸渍到载体中后，通过干燥和煅烧等步骤，将催化剂固定在载体上。
（4）重复上述步骤，直至达到所需的催化剂浓度。
3.溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种制备均匀负载型催化剂的有效方法。
其步骤如下：（1）将溶胶材料（如溶胶态金属盐或金属有机化合物）和凝胶材料混合在一起。
（2）通过搅拌或加热等方法，使溶胶和凝胶得以混合。
（3）进行溶胶-凝胶反应，形成凝胶。
（4）通过干燥和煅烧等步骤，固定催化剂在凝胶上。
4.物理吸附法：物理吸附法是负载型催化剂制备方法中最简单的一种。
（1）选择合适的载体材料。
（2）将载体放入催化剂溶液中。
催化剂会通过物理吸附作用附着在载体表面。
（3）通过干燥和煅烧等步骤，将催化剂固定在载体上。
物理吸附法的优点是简单易行，但催化剂的固定程度较弱，容易流失。
以上是几种常见的负载型催化剂制备方法。
根据不同的催化剂要求和应用场景，选择合适的制备方法可以得到具有优良性能的负载型催化剂。
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。
工业催化剂的制造方法
浸渍方法
多次浸渍法 重复进行多次的浸渍、干燥和焙烧以
制得活性物质含量较高的催化剂的方法。 如：Ni系蒸汽转化催化剂制备
浸渍方法
浸渍沉淀法 先浸渍后沉淀的制备方法。载体吸附
浸渍液达饱和后，再加入NaOH溶液等， 使金属氧化物转化为氢氧化物而沉淀于 载体的内孔和表面。 该法主要用于制备贵金属浸渍型催化剂， 如Pt、Pd、Au等，采用其氯化物浸渍， NaOH沉淀。 如：5%Pd/C催化剂制备
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-ZnO-
Al2O3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，
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。
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。
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。
第二章 工业催化剂的制造方法
§2-1 沉淀法 §2-2 浸渍法 §2-3 混合法 §2-4 热熔融法 §2-5 离子交换法 §2-6 催化剂的成型 §2-7 典型工业催化剂制法实例选 §2-8 固体催化剂制备方法的新进展
§2-1 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。
简述沉淀法制备催化剂的基本原理和流程
简述沉淀法制备催化剂的基本原理和流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!沉淀法制备催化剂的基本原理和流程在化学领域，催化剂是一种能够加速化学反应速率但不参与反应本身的物质。
制备工业催化剂的方法
制备工业催化剂的方法工业催化剂是指用于促进或加速化学反应的物质，广泛应用于许多生产过程中，如炼油、化工、能源等。
制备工业催化剂的方法有很多种，下面将介绍几种常见的制备方法。
一、沉淀法沉淀法是制备工业催化剂的常用方法之一、该方法通过在溶液中加入还原剂使金属离子还原成金属颗粒，然后沉淀得到催化剂。
该方法简单易行，适用于大规模生产。
二、浸渍法浸渍法是指将载体浸入金属溶液中，使金属离子被载体吸附，并通过热处理将金属还原成金属颗粒。
浸渍法可使金属颗粒分散均匀，催化剂活性较高。
三、沉积法沉积法是将金属源溶于溶剂中，然后将溶液喷洒在载体表面，通过烘干和热处理将金属还原成金属颗粒，从而制备催化剂。
该方法适用于制备高活性催化剂。
四、共沉淀法共沉淀法是将金属源和载体溶解在同一溶剂中，通过调节条件使金属沉淀到载体表面，再进行热处理得到催化剂。
共沉淀法制备的催化剂具有高分散性和高活性。
五、焙烧法焙烧法是将金属前驱体或金属盐溶于溶剂中，通过热处理使金属变得稳定且易于使用，然后得到催化剂。
焙烧法制备的催化剂适用于高温条件下的反应。
六、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将金属前驱体溶于溶剂中，通过加热使其形成溶胶，然后通过凝胶化得到凝胶，在热处理过程中形成催化剂。
该方法制备的催化剂具有高度分散性和活性。
七、离子交换法离子交换法是将金属离子与载体接触，通过离子交换反应将金属离子固定在载体上，形成催化剂。
离子交换法制备的催化剂具有高度分散性和稳定性。
综上所述，制备工业催化剂的方法有很多种，选择适当的制备方法取决于催化剂的要求和实际应用。
通过不断研究和创新，制备高效、高分散性和高稳定性的工业催化剂对促进化工和工业生产的发展具有重要作用。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
浸渍影响因素
浸渍液浓度
Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)，浸渍时间 0.5 h
浸渍法（多次浸渍）实例
镍/氧化铝-----重整催化剂—将甲烷或石脑油重整制合成气
Al2O3+铝酸钙水泥+石墨+水 成型16*16*6mm 预处理：120oC干燥、 1400oC焙烧,得载体
熔融浸渍硝酸镍10-20%
干燥、活化焙烧分解
熔融浸渍硝酸镍10-20%
负载型镍催化剂
干燥、活化焙烧分解
2.3 混合法
干燥
干燥过程中，未吸附的溶液会向空气中挥发，内表面上的活性组分也可能 会向外表面迁移，降低部分内表面活性物质的浓度，造成活性物质分布不 均，甚至部分载体未被覆盖。
on
+
diffusion
diffusion
浸渍后ad的sor热ptio处n 理
干燥过程中活性组分的迁移
evaporation
焙烧与活化
Static drying Drying at low flowrate Freeze drying
Active Phase Distributions
Uniform
Egg-shell
Egg-white
Egg-Yolk
a
b
c
d
Active phase/Support
Support
Influence of Coadsorbing Ions － 竞争吸附法
催化剂的制备经典方法[
六、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
– 多组分在胶体中分布均匀 – 可同步形成共沉淀物
• 膜催化剂
– 提高转化率 – 简化分离工序
二、催化化学又一门综合的科学
催化化学是在漫长的历史发展过程中，从许多别的学科， 包括物理学、生物学以及化学各分支学科中吸取了大量 的成就的基础上发展起来的一门边缘科学。
催化剂的制备
催化剂制备的要点
多种化学组成的匹配：各组分一起协调作
用的多功能催化剂。
一定物理结构的控制：粒度、比表面、孔
体积。
催化剂的一般制备方法
五、工业用催化剂的成型
• 催化剂必须有一个预先确定的形状（球型、条 型、微球型、蜂窝型等)和大小，而形状和大 小则取决于催化剂的用途和使用催化剂的反应 器类型。并且，催化剂颗粒形状对其活性、选 择性、强度、阻力、传热等有影响。
• 催化剂形状的不同类型及其相应的应用情况
反应器类型 形状 颗粒 丸粒 固定床反应器 球 球 d=1-5mm d=20-100μm 固定床反应器 固定床反应器，浆态床反 应器，提升管反应器 大小 d=1-20mm d=1-50mm 反应器类型 固定床反应器 形状 大小 挤条 d=1-5mm L=330mm 压片 d=310mm h=3-
• 不同制备方法，成分、用量相同，但催化 剂的性能可能不同 – 沉淀法 – 浸渍法 – 混合法 – 离子交换法
一、沉淀法
沉淀法的基本原理是在含金属盐类的水溶液中，加进沉淀 剂，以便生成水合氧化物，碳酸盐的结晶或凝胶。将生成 的沉淀物分离，洗涤，干燥后，即得催化剂。
金属盐溶液 NaOH(Na2CO3)
沉淀
洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型 催化剂
沉淀法催化剂制备.
1、沉淀过程和沉淀剂的选择
沉淀生成的沉淀物是催化剂或载体的“前驱物”， 对所得催化剂的活性、选择性、寿命和强度有很大影 响。 沉淀过程：① 晶核的生成；② 晶核的长大。
①晶核的生成
溶液达到一定的饱和度后，生成固相的速度大于 固相溶解的速率。瞬间生成大量的晶核。 晶核生成速率：N = k(C－C*)m
③ pH值影响
为了保证颗粒均一性，必须保持pH值相对稳定。
例：
pH ＜ 7 Al2O3 ·mH2O 无定形胶体
α–Al2O3· H2O 针状胶体
Al3+
+
OH－
pH = 9 pH ＞ 10
β– Al2O3 ·nH2O 球状结晶
④ 加料顺序的影响
顺加法：
沉淀剂加到金属盐溶液中。当有几种金属盐溶 液需要沉淀且溶度积不同时，易产生先后沉淀。
2、影响沉淀的因素
① 浓度的影响
晶核生成速率 N = k (C - C*)m 晶核长大速率 晶核长大过程： a) 溶质分子首先扩散通过液-固界面滞流层； b) 表面反应。
分子扩散速率: dm/dt = kdA(C – C’)（湍流）
表面反应: dm/dt = k’A(C’ - C*) （温度）
镁铝水滑石(MgAlHT)的制备
A:NaOH溶液 B:Mg2+Al3+硝酸盐溶液 陈化 60℃ 18 h 洗涤 pH≈7 干燥 镁铝水滑石 100℃
Na2CO3溶液
pH9-10
谢谢
沉淀剂的选择
选择原则
a.沉淀物便于洗涤和过滤
尽量选用能形成晶形的沉淀剂。晶形沉淀夹 带的杂质也较少。
盐类沉淀剂如: (NH4)2CO3、Na2CO3原则上可 形成晶形沉淀；而碱类沉淀剂一般都会生成非 晶形沉淀。
工业催化剂的制备和成型
第二节 浸渍法
3、多次浸渍法
是将浸渍、干燥、焙烧重复进行多次的催化剂制备法。采用多 次浸渍法是基于下列的理由：一是需要浸渍的催化剂的活性组 分的溶解度较小，一次浸渍不能满足符合要求的负载量，需要 多次浸渍；二是为了避免含多组分的浸渍液由于各组分的竞争 吸附而造成的浸渍不均匀。在多次浸渍过程中，每次浸渍后都 需要进行干燥和焙烧，以使浸渍上去的组分转变为不可溶的物 质，避免下一次浸渍时重新溶解到浸渍液中。
第二章 工业催化剂的制备和成型
主要内容：
沉淀法 浸渍法 溶胶－凝胶法 离子交换法 热熔融法 混合法
固体催化剂的成型
催化剂的干燥与焙烧
化工资源有效利用国家重点实验室 1
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、
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 -
（2）催化剂的制备 用预定量的铂化合物（如氯铂酸或氯铂酸铵），铼化合物（如高铼酸或 高铼酸铵），盐酸，去离子水混合成浸渍液，浸渍液与载体 γ-Al2O3的体 积比为1.0-2.5，在室温下浸渍12-24 h，然后过滤，60-80℃干燥6-10 h， 100-130℃干燥12-24 h，干空气中450-550℃，气剂比为500-1200的条件系 活化2-12 h，H2中400-500℃还原4 h，即得铂铼重整催化剂制备。
催化剂制备原理-沉淀法
沉淀法是一种制备催化剂的有效方式。该方法具有较高的催化活性和选择性， 使得其在各种领域都得到了广泛应用。
沉淀法制备催化剂的优点
1 高催化活性
2 容易控制催化剂结构 3 易于大规模生产
沉淀法制备的催化剂具有 高的比表面积、均匀的孔 径分布和丰富的活性位点， 提高了催化剂的催化活性。
沉淀法制备的催化剂用于有机合 成、烯烃氢化、醇转化、脱氢、 聚合等各种反应中。
石油化工领域
环保领域
沉淀法制备的催化剂用于裂化重 油、加氢处理、脱氢等各种反应 中，提高反应产物的质量和产量。
沉淀法制备的催化剂用于废气污 染物治理、固体废物处理、水处 理等环保领域。
总结和展望
总结
沉淀法是目前最常用的制备催化剂的有效方式，具有一定的优点。
பைடு நூலகம்不足之处
沉淀法制备的催化剂普遍存在晶体尺寸分布较大、催化剂活性易受金属物种的分布影响等问 题。
展望
未来需要进一步探索沉淀法制备催化剂的工艺、配方、后续处理和性能优化等方面，以满足 不同应用场景下的需求。
制备过程中，可以通过控 制沉淀速度、pH值、温度 等条件来控制催化剂的形 态和结构，满足不同领域 对催化剂的需求。
沉淀法制备催化剂的过程 简单，设备需求低，可以 进行大规模生产，降低制 备成本。
沉淀法制备催化剂的步骤
1
选择适当的前驱体
选择合适的金属盐、碳酸盐等前驱体，对催化剂活性和形态控制有重要意义。
2
溶液制备和沉淀形成
将前驱体加入溶解于水中的沉淀剂，通过反应使催化剂沉淀，形成微米或亚微米级别的颗粒。
3
沉淀处理和纯化
通过离心、过滤、洗涤等处理使得制备出来的催化剂更纯净、更均匀。
化学催化剂的制备与应用
化学催化剂的制备与应用化学催化剂是一类能够加速化学反应速率的物质，广泛应用于能源转化、化学合成、环境保护等领域。
本文将介绍化学催化剂的制备方法和其在不同领域中的应用。
一、化学催化剂的制备方法1. 物理法制备：物理法制备催化剂是通过物理方法改变原材料的结构和形态，从而提高其催化性能。
常见的物理法制备方法有沉淀法、溶胶-凝胶法和气相沉积法。
（1）沉淀法：通过溶液中的化学反应，在溶液中形成沉淀物，然后经过干燥和煅烧等处理，得到催化剂。
沉淀法制备的催化剂具有较高的比表面积和良好的分散性。
（2）溶胶-凝胶法：通过溶胶的迅速凝胶化反应，制备催化剂。
溶胶-凝胶法制备的催化剂具有高度均匀的微观结构和孔洞结构。
（3）气相沉积法：利用气相反应在催化剂的载体上生成活性组分，然后经过煅烧等处理，得到催化剂。
气相沉积法制备的催化剂具有较高的催化活性和选择性。
2. 化学法制备：化学法制备催化剂是通过化学反应将原材料转化为催化剂。
常见的化学法制备方法有均相合成法和异相合成法。
（1）均相合成法：将原材料在溶液或气相中进行反应，形成催化剂。
均相合成法制备的催化剂具有较高的纯度和活性。
（2）异相合成法：将原材料分散在固体载体或多孔材料中，并通过反应生成催化剂。
异相合成法制备的催化剂具有较高的比表面积和稳定性。
二、化学催化剂的应用1. 能源转化领域：化学催化剂在石油加工、煤转化和生物质能源等领域有重要应用。
例如，石油加工中的催化裂化、催化重整和催化加氢等过程，都离不开催化剂的作用。
2. 化学合成领域：化学催化剂在有机合成和无机合成中起到重要的作用，能够加速反应速率、提高产率和选择性。
例如，氢化催化剂常用于有机化合物的加氢反应中；氧化催化剂则常用于有机物氧化反应中。
3. 环境保护领域：化学催化剂在大气污染治理和废水处理中有广泛应用。
例如，三元催化转化器能够减少汽车尾气中有害气体的排放；催化氧化法则能够降解废水中的有机污染物。
4. 生命科学领域：化学催化剂在生命科学研究和医药领域有着重要应用。
催化剂制备原理沉淀法
酶催化剂
利用沉淀法制备酶催化剂，可以获 得高效、稳定的酶催化剂，广泛应 用于生物催化领域。
评价催化剂沉淀法制备的优缺点
优点
• 制备方法简单 • 可控性强 • 成本较低
缺点
• 可能产生废液 • 沉淀物纯度不易控制 • 影响催化剂活性和选择性
展望催化剂沉淀法在未来的应 用前景
随着催化剂沉淀法制备技术的不断发展，越来越多的催化剂将通过这种方法 制备，以满足不同领域的需求。未来，催化剂沉淀法有望在环境治理、能源 转化和化学合成等方面发挥重要作用。
沉淀法制备催化剂的基本步骤
1
催化剂前驱体溶液制备
将催化剂的前驱体溶解在适宜溶剂中，并进行均匀搅拌。溶液的酸碱性、温度等参数要根据具体催 化剂的要求进行调节。
2
加入沉淀剂
根据催化剂前驱体溶液的特性选择适当的沉淀剂，并缓慢加入溶液中。沉淀剂的选择要结合催化剂 的化学成分和所需结构。
3
反应和沉淀
在适宜的反应条件下，进行沉淀反应。通过控制反应时间和温度，使催化剂沉淀出来。
温度
催化剂沉淀过程中的温度要控 制在合适范围内，以保证催化 剂的纯度和活性。
搅拌速度
搅拌速度可以调节沉淀剂和催 化剂前驱体溶液的混合程度， 影响催化剂的分散度。
各种类型催化剂沉淀法制备的实例
非均相催化剂
通过沉淀法制备非均相催化剂，可 以获得具有高活性和选择性的催化 剂，如负载型催化剂。
均相催化剂
沉淀法也可用于制备均相催化剂， 如金属有机框架材料等。
催化剂制备原理沉淀法
沉淀法是一种常用的催化剂制备方法，它具有简单、可控性强等优点。本文 将介绍沉淀法制备催化剂的背景意义、基本步骤、选择沉淀剂的原则、关键 参数以及实例，并展望沉淀法在未来的应用前景。
催化剂制备原理-沉淀法-精品文档
晶体颗粒大小
温度
pH值 同一物质在不同pH值下沉淀可能得到不同的晶形
pH < 7 Al3+ + OH－ pH = 9 pH > 10
Al2O3 ·mH2O
无定形胶体
α-Al2O3·H2O
针状胶体
β-Al2O3 ·nH2O 球状晶体
多组分金属盐的共沉淀，pH值的变化会引起先后沉淀 为了保证沉淀颗粒的均一性、均匀性，pH值必须保持相 对稳定
— 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：
d m n = k A C C n = 1 ~ 2 ′ d t 单位时间内沉积的固体量
(
)
S dm/dt
C/C*
过饱和度（S=C/C*）与时间（t） 的关系
催化剂制备的单元操作-沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂， 生成难溶金属盐或金属水合 氧化物，从溶液中沉淀出来， 再经老化、过滤、洗涤、干 燥、焙烧、成型、活化等工
序制得催化剂或催化剂载体
—— 广泛用于制备高含量的非贵金
属、（非）金属氧化物催化剂或
催化剂载体
沉淀法的生产流程
沉淀剂的选择
• 工业上催化剂组分：金属氧化物、非金属 氧化物、金属（氧化物还原） • 阳离子：硝酸盐、碳酸盐、有机酸盐。加 热时变成CO2，H2O逸出不影响催化剂性质 。 • 沉淀剂：碱类：NaOH、KOH、NH4OH。 • 碳酸盐：（NH4)2CO3，Na2CO3，CO2 • 有机酸：醋酸CH3COOH，草酸H2C2O4
t
诱导期
t
晶核生成数目（ n ）与时间（ t ）的 关系
铜基催化剂的制备与应用研究
铜基催化剂的制备与应用研究第一章绪论铜基催化剂是指以铜为主要活性组分的催化剂，具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
它们在有机合成、环境保护、能源转化和化学制品生产等领域都有着重要的应用。
本文将介绍铜基催化剂的制备方法、表征技术和应用研究进展。
第二章铜基催化剂的制备方法铜基催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括沉淀法、溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法和物理混合法等。
其中，沉淀法是最简单、最广泛应用的制备方法之一。
它的主要原理是通过沉淀反应制备出铜基化合物，再通过焙烧等处理得到铜基催化剂。
溶胶凝胶法是一种新型的制备方法，适用于制备高度分散的铜基催化剂。
其基本原理是通过水解缩合反应制备出稳定的凝胶体系，再通过焙烧等处理制得铜基催化剂。
水热法是一种环境友好的制备方法，其原理是在高温高压的水热条件下形成晶体结构，制备出高效的非均相催化剂。
共沉淀法是一种先进的制备方法，它能够将多种活性组分复合到一起，形成高效的多相催化剂。
物理混合法则是将不同的活性组分物理混合在一起，获得具有协同效应的铜基催化剂。
第三章铜基催化剂的表征技术铜基催化剂的表征技术是研究其结构和性能的关键。
常用的表征技术包括X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱等。
X射线衍射是一种精确表征催化剂晶体结构的方法，通过测定衍射图谱可以确定催化剂的晶体相和结晶度。
扫描电子显微镜和透射电子显微镜则可用于观察催化剂的形貌、粒径和组成。
X射线光电子能谱可以产生元素组成和元素价态的信息，用于确定催化剂表面物种的类型和数量。
拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱则主要用于表征催化剂的结构和表面性质。
第四章铜基催化剂在有机合成中的应用铜基催化剂在有机合成中有着广泛的应用。
例如，通过铜催化的芳基化反应可实现分子内氧气杂环化反应和如Sonogashira反应、Heck反应一类的交叉偶联反应；通过铜催化的C-H活化反应可实现咪唑化反应等；通过铜催化的卡宾反应可实现三元环和四元环的构建等。
负载型催化剂的制备-浸渍法沉积沉淀法离子交换法
化学气相沉积法通过将气态物质引入 反应器，在一定温度和压力下与固体 表面发生化学反应，形成催化剂。这 种方法能够制备出结构可控、性能优 异的催化剂。
溶胶-凝胶法
总结词
溶胶-凝胶法是一种利用溶液中的化学反应来制备负载型催化剂的方法。
详细描述
溶胶-凝胶法通过将前驱体溶液进行水解和缩聚反应，形成凝胶状的固体催化剂。这种方法具有较高的化学计量 比和均匀的活性组分分布，适用于制备高活性、高选择性的催化剂。
剂的分散度和活性组分的利用率。
浸渍法可以用于制备各种不同类型的负 载型催化剂，如金属氧化物、金属硫化
物、金属碳化物等。
浸渍法的步骤
制备活性组分溶液
将所需的催化剂活性组分溶解 在溶剂中，制备成一定浓度的 活性组分溶液。
干燥和焙烧
将浸渍后的载体进行干燥，然 后进行焙烧处理，以固定活性 组分在载体表面。
04
其他制备方法
电化学法
总结词
电化学法是一种利用电场作用，在电极上发生化学反应来制备负载型催化剂的方 法。
详细描述
电化学法通常在电解液中通过施加电流来驱动化学反应，使活性组分在电极上沉 积或形成催化剂。这种方法具有较高的选择性，适用于制备特定功能的催化剂。
化学气相沉积法
总结词
化学气相沉积法是一种利用气态物质 在固体表面上发生化学反应来制备负 载型催化剂的方法。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
优点
沉积沉淀法操作简单、易于控制活性组分的形貌和粒径，适用于制备多种负载 型催化剂。
缺点
在制备过程中，难以避免活性组分在载体表面过度沉积或团聚现象，可能影响 催化剂的分散性和活性。同时，洗涤和干燥过程中容易造成活性的原理
制备催化剂的方法
制备催化剂的方法催化剂是一种通过改变化学反应速率而不参与反应本身的物质。
它们在各个领域中都有着广泛的应用，如化学工业、环境保护和能源生产等。
制备催化剂的方法多种多样，下面将介绍其中几种常用的方法。
一、沉积-沉淀法沉积-沉淀法是制备催化剂的一种常见方法。
它通常涉及将金属预体（如金属盐）与沉淀剂（如碳酸钠）混合，然后通过沉淀反应得到催化剂。
在这个过程中，需要控制反应条件（如温度、pH值和配比等），以获得所需的催化剂。
二、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种通过溶胶和凝胶两个步骤来制备催化剂的方法。
首先，将所需的金属盐（如金属硝酸盐）溶解在溶剂中，形成溶胶。
然后，在一定的条件下，如温度和浓度等，溶胶逐渐凝胶化形成胶状物质，即凝胶。
最后，凝胶经过干燥和烧结等处理得到催化剂。
三、气相法气相法是一种通过气相反应制备催化剂的方法。
在这个过程中，金属或金属盐通过热分解、氢还原或氧化等反应生成气体，热分解产生的气体在一定条件下与其他气体反应形成催化剂。
气相法制备催化剂的优点是反应条件灵活、产物纯度高，但也需要控制好反应条件以获得所需的催化剂。
四、共沉积法共沉积法又称共沉积-凝胶法，是一种将金属粉末和溶胶-凝胶法结合起来的方法。
首先，将金属粉末和金属盐在溶液中共同混合，形成混悬液。
然后，在一定的条件下，混悬液中的金属离子通过溶胶-凝胶法凝胶化，形成催化剂。
以上只是几种常见的制备催化剂的方法，实际上，制备催化剂的方法还有很多，如共沉淀法、溶胶-涂覆法、溶胶-气相法等。
每种方法都有其适用的场景和对材料和条件的要求。
制备催化剂需要考虑反应条件、材料选择、生产成本等众多因素，以获得高效和经济的催化剂。
在催化剂的制备过程中，需要注意选择合适的材料、控制反应条件，以及对所得到的催化剂进行表征和性能测试。
只有通过精确和细致的制备，才能得到具有高活性和选择性的催化剂，从而实现对化学反应的控制和优化。
总之，制备催化剂的方法多种多样，每种方法都有其特点和适用的场景。
催化剂的制备方法
催化剂的制备方法
催化剂的制备方法有许多种，下面列举一些常见的方法：
1. 沉淀法：通过配制适当的溶液，加入适量的沉淀剂，使目标催化剂物质溶液中的物质发生沉淀，随后将产生的沉淀分离、洗涤、干燥等处理得到催化剂。
2. 气相法：通过气相反应，将适当的气相原料在一定条件下在催化剂表面发生反应，生成催化剂。
3. 溶胶-凝胶法：将催化剂原料溶解在溶剂中，形成溶胶，通过控制反应条件，如温度、pH值等，使溶胶发生凝胶反应，形成胶体凝胶，随后进行干燥得到催化剂。
4. 离子交换法：利用固体酸催化剂或固体碱催化剂，将目标物质溶解在溶液中，通过与固体酸或固体碱催化剂之间的离子交换反应，实现催化剂的制备。
5. 水热法：将适量的反应物质溶解在水溶液中，通过水热反应，在一定的温度和压力条件下，在催化剂表面形成晶体结构，得到催化剂。
6. 沉积法：通过将催化剂原料溶解在溶液中，将目标催化剂沉积在载体表面，通过控制溶液成分和反应条件，使沉积的催化剂晶体得以生长，形成均匀分布在载体上的催化剂。
值得注意的是，不同的催化剂有着不同的制备方法，需要根据具体的催化剂种类选择合适的制备方法。
概述及沉淀法制备催化剂
Factors affecting the main properties of precipitated catalysts
预处理
焙烧后的催化剂有时使用前需要进行预先活化处理 （还原、硫化），还原条件（还原剂种类、温度、压 力、组成、空速、时间等）在很大程度上决定催化剂 的最终结构和催化活性、选择性、稳定性，还原过程 往往在生产现场、反应器进行 催化剂工厂生产的预还原催化剂产品（适当表面钝化）
沉淀法(Precipitation method)
对沉淀剂(precipitator)要求：
沉淀剂溶解度大，沉淀物溶解度小，保证金 属离子沉淀完全、被沉淀物吸附量少 尽可能避免不溶性杂质离子存在
容易分解挥发 便于过滤洗涤 无毒，不造成环境污染
沉淀法(Precipitation method)
Principle of crystallization & precipitation
过饱和度
晶核生成速度 晶粒长大速度 N k (C C ) , m 3 ~ 4
* m
dm dt
*
k A ( C C ) , n 1 ~ 2
* n
n
(C 0 C ) －晶粒半径
*
和浓度）
Principle of crystallization & precipitation
稳态平衡时，扩散速 度和沉积速度相等
dm dt
A (C C )
*
1 k
1 kd
kd
D
k k d , k d k , 或 dm dt
dm dt dm dt
催化剂常用制备方法
• 沉淀法 • 溶胶-凝胶法 • 微乳液法 • 热解法 • 其他制备方法
01
沉淀法
直接沉淀法
总结词
通过直接反应在溶液中产生沉淀物的方法。
详细描述
直接沉淀法是在适当的条件下，使所需的沉淀组分直接从溶液中析出，经过滤、分离、洗涤、干燥或煅烧等工序， 最后得到催化剂的方法。该方法操作简单，对设备要求不高，常用于制备一些简单无机盐类的催化剂。
02
溶胶-凝胶法
金属醇盐法
原理
金属醇盐在一定条件下水解，生成金 属氧化物或氢氧化物，再经缩聚形成 凝胶，最后经过热处理得到催化剂。
优点
应用
广泛应用于氧化物催化剂、分子筛催 化剂等制备。
可控制催化剂的粒径和比表面积，制 备条件温和，适用于多种金属的制备。
金属氧酸盐法
原理
金属氧酸盐在一定条件下分解，生成金属氧化物 或氢氧化物，再经过热处理得到催化剂。
和性质的催化剂。
水包油型微乳液法
要点一
总结词
通过将水性物质、油性物质和表面活性剂混合，形成水包 油型微乳液，进而制备催化剂的方法。
要点二
详细描述
水包油型微乳液法与油包水型微乳液法类似，只不过分散 相和连续相的组成相反。通过将水性物质、油性物质和表 面活性剂混合，形成水包油型微乳液。在水包油型微乳液 中，水性物质作为分散相被油性物质和表面活性剂形成的 连续相所包裹。同样地，通过控制微乳液的组分和制备条 件，可以获得具有特定形貌和性质的催化剂。
05
其他制备方法
超临界流体法
总结词
高效、环保的制备方法
VS
详细描述
超临界流体法是一种在超临界状态下制备 催化剂的方法，具有高效、环保的优点。 该方法利用超临界流体的特殊性质，实现 对催化剂的形貌、结构和性能的有效调控 ，广泛应用于工业催化过程。
- 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)。
陈化胶凝
溶胶
（加胶溶剂）胶溶
干燥
焙烧
催化剂
金属醇盐胶溶法制备催化剂的Sol-Gel过程
Formation of a hydrogel
Aging of a hydrogel Solvent removal Heat treatment
Four main steps in the sol–gel preparation
浸渍法 离子交换法
催化剂的成型
1、沉淀法
在金属盐溶液中加入沉淀剂，生成 难溶金属盐或金属水合氧化物，从 溶液中沉淀出来，再经老化、过滤、 洗涤、干燥、焙烧、成型、活化等 工序制得催化剂或催化剂载体
—— 广泛用于制备高含量的非贵金属、 （非）金属氧化物催化剂或催化剂载体
沉淀法的生产流程
形成沉淀的条件
关键：瞬间混合—快速搅拌
Ni(NO3)2 + HNO3溶液 = 1.1
NaNO3溶液 = 1.2
Na2SiO3溶液 = 1.3
（防止形成结构或组成不均匀的沉淀） 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）
沉淀剂不直接加入待沉淀溶液中，而是首先把待沉淀溶液 与沉淀剂母体混合，形成一个十分均匀的体系，然后调节 温度，使沉淀剂母体逐步转化为沉淀剂，从而使沉淀缓慢 进行，得到均匀纯净的沉淀物
例：制取氢氧化铝沉淀
(NH2)2CO +
3H2O
90～100℃ 2NH4+
+
2OH－
+
CO2
（母体）
（沉淀剂）
优点：克服一般沉淀法中沉淀剂与待沉淀溶液混合不均匀、 沉淀颗粒粗细不均、沉淀含杂质较多等缺点
溶液过饱和
溶液的过饱和度
S
C C
溶质的过饱和浓度 溶质的饱和浓度
临界过饱和度：开始析出沉淀时的过饱和度 只有过饱和溶液才能形成沉淀 ？
溶液中析出晶核是一个由无到有生成新相的过程，溶质分子必 须有足够的能量克服液固相界面的阻力，碰撞凝聚成晶核
同时，为了使从溶液中生成的晶核长大成晶体，也必须有一定 的浓度差作为扩散推动力
金属盐类和沉淀剂的选择
选择原则：
金属盐类的选择
硝酸盐 — 非贵金属盐的首选 硫酸盐、有机酸盐
沉淀剂的选择
常用沉淀剂：
碱类：氨水、 NaOH、KOH 碳酸盐：(NH4)2CO3、Na2CO3、
CO2 有机酸：CH3COOH、H2C2O4、
CH3COONH4、 (NH4)2C2O4
还原操作：器内还原（ in situ） 器外预还原（ex situ）
—— 如，合成氨熔铁催化剂
2、溶胶－凝胶法
溶胶-凝胶（Sol-Gel）法是一种新兴的催化剂制备方法！ ——用于制备金属氧化物催化剂、杂多酸催化剂、非晶态催化剂等
金属醇盐 的母醇溶液
（加水）金属醇盐水解
金属氧化物或 水合金属氧化物
凝胶
沉淀影响因素复杂。在实际操作中，应根据催化剂性能对结构的不同 要求，选择合适的沉淀条件，控制沉淀的类型和晶粒大小，以便得到 预定的结构和理想的催化性能——沉淀法制备催化剂的研究重点
沉淀法的分类
单组分沉淀法 溶液中只有一种金属盐与沉淀剂作用，形成单一组分沉淀 物（用于制备单组分催化剂或载体） 例：氧化铝的制备 酸法：Al3+ + OH- Al2O3·nH2O 碱法：AlO2- + H3O+ Al2O3·nH2O 注意： 对于两性物质，pH过高，沉淀会重新溶解 氨水作沉淀剂时，氨浓度过高形成配离子，沉淀溶解 (NH4)2CO3、Na2CO3作沉淀剂时，可能生成碳酸盐、 氢氧化物、碱式碳酸盐沉淀
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
沉淀的后处理过程
老化（陈化、熟化） 沉淀完成后不立即过滤，而是和母液一起放置一段时间。 在此期间内发生的一切不可逆变化称为沉淀物的老化
无定形胶体 针状胶体
β-Al2O3 ·nH2O 球状晶体
多组分金属盐的共沉淀，pH值的变化会引起先后沉淀
为了保证沉淀颗粒的均一性、均匀性，pH值必 须保持相对稳定
加料方式
顺加法：
pH 多组分先后沉淀
沉淀剂加入到金属盐溶液中
沉淀不均匀
逆加法：
pH 多组分同时沉淀
金属盐溶液加入到沉淀剂中
胶体化学简介
溶胶
—— 分散在分散介质中的分散相颗粒粒径为1-100 nm的分散系统
粗分散系统 > 100 nm
分散法 大变小
胶体系统 100-1 nm
凝聚法 小变大
分子分散系统 < 1 nm
溶胶的制备：
分散法：利用机械设备、气流粉碎、电弧和胶溶等方法 将较大颗粒分散成胶体状态
胶溶：在新生成的沉淀中，加入适合的电解质（HCl、HNO3等） 或置于某一温度下，通过胶溶作用使沉淀重新分散成溶胶
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HCrO4-
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
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），立即过滤
过滤与洗涤
洗涤目的：去除杂质 杂质类型：表面吸附 —— 洗涤
形成混晶 —— 老化 机械包藏 —— 老化 洗涤操作：蒸馏水、去离子水、洗涤液（草酸铵溶液洗涤草酸盐沉淀） 溶解度大的晶形沉淀用冷液洗涤； 溶解度小的非晶形沉淀用温热的易挥发稀电解质 溶液洗涤（硝酸铵溶液洗涤水合氧 k C C m m 3 ~ 4
晶核长大速率：dm kA C C n n 1 ~ 2 dt
晶核生成速率
晶
晶体颗粒大小
核
长
大
速
率
生成速率或长大速率
溶液过饱和度
结论：
晶形沉淀应在稀溶液中进行 （稀溶液中更有利于晶核长大）
过饱和度不太大时（S = 1.52.0）可得到完整结晶
因素：老化时间、温度、pH值
作用： 颗粒长大，形成颗粒大小均匀的纯净粗晶体 晶形完善及晶形转变
初生沉淀的不稳定结构逐渐变成稳定结构； 非晶形沉淀可能变为晶形沉淀（分子筛、水合氧化铝）； 多晶态沉淀物在不同老化条件下可得到不同晶形物质 （水合氧化铝）
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
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 70-80 oC）
pH值
同一物质在不同pH值下沉淀可能得到不同的晶形
Al3+ + OH－
pH < 7 pH = 9 pH > 10
Al2O3 ·mH2O α-Al2O3·H2O
使微晶适当烧结，以提供催化剂的机械强度（成型后焙烧情况）
焙烧条件：焙烧温度（不低于分解温度和催化剂使用温度） 、焙烧时间
成型（后面详细介绍）
活化（还原、硫化）
还原目的：将金属氧化物还原成活性金属（金属催化剂） 还原条件：还原温度、时间、还原气空速
还原气组成（H2、CO、CH4、C2H4、 N2-H2、H2-CO、含水蒸气）
晶核长大的总体积（V）与时间（t）的关系 t
沉淀形成的晶型
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
晶核长大速率 >> 晶核生成速率： 溶液中最初形成的晶核不多，有较多的离子以晶核为中心， 按一定的晶格定向排列而成为颗粒较大的晶形沉淀
凝聚法：利用物理或化学方法使溶液中的溶质（分子或 离子）聚集成胶体粒子
如，复分解法制备盐类溶胶：AgNO3 + KI AgI (溶胶) + KNO3 水解法制备金属氧化物溶胶：FeCl3 + 3H2O（煮沸） Fe(OH)3 (溶胶) + 3HCl
胶团的结构：—— 扩散双电层结构
沉淀均匀
并加法： 金属盐溶液和沉淀剂按比例
同时并流加到沉淀槽中
pH稳定 多组分同时沉淀 沉淀均匀
搅拌强度
沉淀时搅拌是必需的 搅拌强度大，液体分布均匀，但沉淀粒子可能被