催化剂性能的评价

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工业催化剂的性质，包括化学性质及物理性质。在催化剂化学组成与 结构确定的情况下，催化剂的性能与寿命，决定于构成催化剂的颗粒-孔系 的“宏观物理性质”，因此对其进行测定与表征，对开发催化剂的意义是 不言而喻的。
3.3.1颗粒直径及粒径分布 狭义的催化剂颗粒直径系指成型粒团的尺寸。单颗粒的催化剂粒度用 粒径表示，又称颗粒直径。负载型催化剂所负载的金属或化合物粒子是晶 粒或两次粒子，它们的尺寸符合颗粒度的正常定义。均匀球形颗粒的粒径 就是球直径，非球形不规则颗粒粒径用各种测量技术测得的“等效球直径” 表示，成型后粒团的非球不规则粒径用“当量直径”表示
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测量粒径1nm以上的粒度分析技术，最简单最原始的是用标推筛进 行的筛分法。除筛分外，有光学显微镜、重力沉降-扬析法、沉降光透法 及光衍射法等。粒径1nm以下的颗粒，受测量下限的限制，往往造成误差 偏大，故上述各种技术或方法不适用，应当用电子显微镜、离子沉降光散 射等新方法。
3.3.2机械强度测定 机械强度是任何工程材料的最基础性质。由于催化剂形状各异，使 用条件不同，难于以一种通用指标表征催化剂普遍适用的机械性能，这是 固体催化剂材料与金属或高分子材料等不同之处。 催化剂的机械强度是固体催化剂一项重要的性能指标。
用最广。
三、催化剂的宏观物理性质测定
工业催化剂或载体是具有发达孔系和一定内外表面的颗粒集合体。 若干晶粒聚集为大小不一的微米级颗粒(Particle)。实际成形催化剂的颗粒 或二次
粒子间，堆积形成的孔隙与 晶粒内和晶粒间微孔，构成 该粒团的孔系结构(图3-5)。 若干颗粒又可堆积成球、条、 锭片、微球粉体等不同几何 外形的颗粒集合体，即粒团 (Pelet)。晶粒和颗粒间连接 方式、接触点键合力以及接 触配位数等则决定了粒团的 抗破碎和磨损性能。
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现在最常用的气体（吸附）是氮气，一个氮分子的横截面积一般采用 0.162nm2
常见测定气体吸附量的方法有三种，即容量法、重量法和色谱法。 (1)容量法 容量法测定比表面是测量已知量的气体在吸附前后体积之 差，由此即可算出被吸附的气体量。 在进行吸附操作前，要对催化剂样品 进行服气处理,然后进行吸附操作。脱气处理的目的是除去催化剂已吸附的 气体。处理通常在200-400和真空度不低于O.133kpa下进行。在保证催化剂 的结构不发生破坏的条件下，脱气温度可以高些，当脱气操作完成后，将 系统抽至高真空，通常在真空度高于0.133kpa下，保持足够长时间。然后 进行吸附操作
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(3)气相色谱法 上述BET容量法和重量法，都需要高真空装置，而且 在测量样品的吸附量之前，要进行长时间的脱气处理。不久前发展的气相 色谱法测量催化剂的比表面，不需要高真空装置，而且测定的速度快，灵 敏度也较高，更适于工厂使用。
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条状、锭片、拉西环等形状催化剂，应测量其轴向(即正压)抗压碎强 度和径向(即侧压)抗压碎强度，分别以P(轴)／（N·cm2）和P(径)／（N·cm） 表示；球型催化剂以点抗压碎强度P(点)／N表示。
单粒抗压碎强度测量要求：①取样有代表性，测量数不少于50粒， 一般为80粒，条状催化剂应切为长度3-5mm，以保证平均值重现性≥ 95％； ②本标准已考虑到温度对强度的影响，样品须在400 ℃下预处理3小时以 上，沸石催化剂则需经450-500℃处理(特别样品另定)，放入干燥器冷却至 环境温度后立即测定；③匀速施压。
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因为对于细颗粒催化剂，若干单粒催化剂的平均抗压碎强度并不重 要，因为有时可能百分之几的破碎就会造成催化剂床层压力降猛增而被迫 停车。
1．单粒抗压碎强度测定 美国材料标准试验学会ASTM已经颁布了一个催化剂单粒抗压碎强度 测定标准试验方法，规定试验设备由两个工具钢平台及指示施压读数的压 力表组成，施压方式可以是机械、液压或气动等系统，并保证在额定压力 范围内均匀施压。国外通用试验机，按此原理要求由可垂直移动的平面顶 板与液压机组合而成。我国催化剂抗压碎强度设备普遍使用1983年原化工 部颁布的化肥催化剂抗压碎强度测定方法使用的强度仪，原则上特合上述 ASTM抗压原理
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能量角度而言都是等同的，吸附时放出的吸附热相同；并假定每个吸附位 只能吸附一个质点，而已吸附质点之间的作用力则认为可以忽略。 下面简单介绍一下什么是BET法： BET法是BET比表面积检测法的简称，该方法由于是依据著名的BET理论 为基础而得名。BET是三位科学家（Brunauer、Emmett和Teller）的首字母 缩写，三位科学家从经典统计理论推导出的多分子层吸附公式基础上，即 著名的BET方程，成为了颗粒表面吸附科学的理论基础，并被广泛应用于 颗粒表面吸附性能研究及相关检测仪器的数据处理中。比表面积是指每克 物质中所有颗粒总外表面积之和，国际单位是：m2/g ，比表面积是衡量物 质特性的
表征：常着眼于从综合的角度研讨工业催化剂各种物 理的、化学的以及物理化学的诸性能间的内在联系 和规律性，尤其是着眼于催化剂的活性、选择性、 稳定性等与其物理和物理化学性质问本质上的内在 联系和规律性。
一、概述
实验室工作的第一步，重点在制备 紧接着的第二步工作，就是要对催化剂的性能进行 各种评价和测试，以便进行比较和筛选。
由它们与对应尺寸颗粒出
现的频率作图而得(图3-16)，
频率的内容可表示为颗粒
数目、质量、面积或体积
等等。当测量的颗粒数足
够多(例如500粒或更多)时，
可以用统计的数学方程表
达粒径分布。
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一种成功的工业催化剂，除具有足够的活性、选择性和耐热性外， 还必须具有足够的与寿命有密切关系的强度，以便抵抗在使用过程中的各 种应力而不致破碎。从工业实践经验看，用催化剂成品的机械强度数据来 评价强度是远远不够的，因为催化剂受到机械破坏的情况是复杂多样的。 首先，催化剂要能经受住搬运时的磨损；第二，要能经受住向反应器里装 填时荡下的冲击，或在沸腾床中催化剂颗粒间的相互撞击；第三，催化剂 必须具有足够的内聚力，不致当使用时由于反应介质的作用，发生化学变 化而破碎；第四，催化剂还必须承受气流在床层的压力降、催化剂床层的 重量，以及因床层和反应器的热胀冷缩所引起的相对位移等的作用等。
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2．堆积抗压碎强度测定
堆积压碎强度的评价可提供运转过程中催化剂床层的机械性质变化。 测定方法可以通过活塞向堆积催化剂施压，也可以恒压载荷。
美国“ASTM D32委 员会”正在试验一种单 轴活塞向催化剂床层一 端施压(图3-19)的方法， 样品经400℃熔烧3h后， 以34.5kPa／s负荷施压 到试验压力下，恒定 60s。数据以固定压强 下细粉量或生成一定细 粉量需要的压强给出
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3.3.4.1催化剂比表面积的测定 催化剂比表面积指单位质量多孔物质内外表面积的总和，单位为 m2/g。有时也简称比表面。 对于多孔的催化剂或载体，通常需要测定比表面的两种数值。一种 是总的比表面，另一种是活性比表面。 常用的测定总比表面积的方法有：BET法和色谱法，测定活性比表面 的方法有化学吸附法和色谱法等。 1.BET法测单一比表面 经典的BET法，基于理想吸附（或称兰格缪尔吸附）的物理模型。假 定固体表面上各个吸附位置从
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由此看来，催化剂只有在强度方面也具有上述条件，才能保证整个 操作的正常运转。因此，建立和完善催化剂碱粒强度的测定方法是十分必 要的。
根据实践经验可认为，催化剂的工业应用，至少需要从抗压碎和抗 磨损性能这两方面作出相对的评价。
3.3.2.1压碎强度测定 均匀施加压力到成型催化剂颗粒压裂为止所承受的最大负荷称催化 剂压碎强度。大粒径催化剂或载体，如拉西环，直径大于1cm的锭片，可 以使用单粒测试方法，以平均值表示。小粒径催化剂，最好使用堆积强度 仪，测定堆积一定体积的催化剂样品在顶部受压下碎裂的程度。
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有些样品的测试可能需要耗费一整天的时间， 如果测试过程没有实现完全自动化，那测试人员就时刻都不能离开，并且 要高度集中，观察仪表盘，操控旋钮，稍不留神就会导致测试过程的失败， 这会浪费测试人员很多的宝贵时间。 目前国内有几家生产比表面积测试仪厂商，其中北京金埃谱科技有限公司 F-Sorb 2400比表面积分析仪是真正能够实现BET法检测功能的仪器（兼备 直接对比法），更重要北京金埃谱科技有限公司的F-Sorb 2400比表面积分 析仪是迄今为止国内唯一完全自动化智能化的比表面积检测设备，其测试 结果与国际一致性很高，稳定性也很好，同时减少人为误差，提高测试结 果精确性。
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为了提高测定的准确 度度，所有这些玻璃仪器 都要保持良好的恒温，为 此通常将仪器放在大的玻 璃箱中。（一般温度要尽 可能高）
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(2)重量法 重量法的原理是用特别设计 的方法，称取被催化剂样品吸附的气体重量。 它与容量法不同，不是测量系统的压力和容 积，通过BET方程式计算吸附量，而是采用 灵敏度高的石英弹簧秤，由样品吸附微量气 体后的伸长直接测量出气体量。石英弹簧秤 要预先校正。除测定吸附量外，其他操作手 续与容量法一致。通常用于比表而大于 50m2样品的测定。
寿命
单程寿命
指催化剂在使用条件下，维持一定活性水平的时间
（或）每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水
平的累计时间。
寿命是对催化剂稳定性的总括描述。
总寿命
二、活性评价和动力ຫໍສະໝຸດ 学研究（一）活性的测定与表示方法 反应系统是封闭的，
供料不连续
催化剂评价方法本质上是对工 业催化反应的模拟。而由于工 业生产中的催化反应多为连续 流动系统，所以一般流动法应
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3.3.2.2磨损性能试验 流动床催化剂与固定床促化剂有别，其强度主要应考虑磨损强度(表 面强度)。至于沸腾床用催化剂，则应同时考虑这两者。 催化剂磨损性能的测试，要求模拟其由摩擦造成的磨损。相关的方 法也已发展多种，如用旋转磨损筒、用空气喷射粉体催化剂使颗粒间及器 壁间摩擦产生细粉等方法。
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3.3.4比表面积测定与孔结构表征 固体催化剂的比表面积和孔结构，属于其最基本的宏观物理性质。 孔和表面是多相催化反应发生的空间。对于大多数工业催化剂而言，由于 其多孔结构和具有一定的颗粒大小，在生产条件下，催化反应常常受到扩 散的影响。 这时，催化剂的活性、选择性和寿命等几乎所有的性能便与 催化剂的这两大宏观性质相关。