第三章-催化剂制备及评价技术
催化剂的制备性能评价及使用技术多相催化剂常用哪些
催化剂的制备性能评价及使用技术多相催化剂常用哪些第二章催化剂的制备、性能评价及使用技术1．多相催化剂常用哪些方法来制备？为什么制备固体催化剂都需要经过热处理，其目的是什么？多相催化剂常用的制备方法有：（1）天然资源的加工，结构不同，含量不同的硅铝酸盐采用不同的方法和条件加工后能适用于某一特定的催化反应；（2）浸渍法，将载体置于含活性组分的溶液中浸泡，达到平衡后将剩余液体除去，再经干燥、煅烧、活化等步骤即得催化剂。
此法要求浸渍溶液中所含活性组分溶解度大、结构稳定、受热后分解为稳定的化合物；（3）滚涂法和喷涂法，滚涂法是将活性组分先放在一个可摇动的容器中，再将载体布于其上，经过一段时间的滚动，活性组分逐渐粘附其上，为了提高滚涂效果，有时也添加一定的粘合剂。
喷涂法与滚涂法类似，但活性组分不同载体混在一起，而是用喷枪附于载体上；（4）沉淀法，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；(5)共混合法：将活性组分与载体机械混合后，碾压至一定程度，再经挤条成型，最后缎烧活化；（6）沥滤法(骨架催化剂的制备方法)，将活性组分金属和非活性金属在高温下做成合金，经过粉碎，再用苛性钠来溶解非活性金属即得；（7）离子交换法: 是在载体上金属离子交换而负载的方法, 合成沸石分子筛一般也是先做成Na型，需经离子交换后方显活性；(8) 均相络合催化别的固载化: 将均相催化剂的活性组分移植于载体上, 活性组分多为过渡金属配合物，载体包括无机载体和有机高分子载体。
优点是活性组分的分散性好，而且可根据需要改变金属离子的配体。
制备各固体催化剂，无论是浸渍法，沉淀法还是共混合法，有的钝态催化剂经过缎烧就可以转变为活泼态，有的还需要进一步活化。
所以，催化剂在制备好以后，往往还要活化;除了干燥外，还都需要较高温度的热处理-煅烧的目的：1)通过热分解除掉易挥发的组分而保留一定的化学组成，使催化剂具有稳定的催化性能。
中科院催化剂制备表征与评价讨论课
浸渍法
总结词
一种通过浸渍溶液来制备催化剂的方 法
详细描述
浸渍法是将活性组分浸渍在载体上， 然后经过干燥、烧结等后处理过程制 备催化剂的方法。该方法可用于制备 负载型催化剂。
微乳液法
总结词
一种通过微乳液技术制备催化剂的方法
详细描述
微乳液法是一种通过将反应组分溶解在微小液滴中，然后通过改变条件使微小 液滴固化，从而获得固体催化剂的方法。该方法可制备具有特殊结构的催化剂。
广泛的应用前景，是降低汽车尾气污染的重要手段之一。
工业废水处理催化剂
总结词
工业废水处理催化剂是一种能够加速废水中 的有害物质分解的催化剂，对于保护环境和 人类健康具有重要意义。
详细描述
工业废水处理催化剂是一种能够催化分解废 水中的有害物质的催化剂。它通过催化氧化、 还原或生物降解等反应，将废水中的有害物 质转化为无害或低害物质，从而实现废水的 净化。工业废水处理催化剂在环保领域具有 广泛的应用前景，是工业废水处理的关键技 术之一。
析等。
这些技术能够提供催化剂的化 学组成和表面化学状态信息， 有助于了解催化剂的化学性质
和反应性能。
结构表征
结构表征是指通过分析催化剂的 晶体结构、分子结构等信息来表
征其结构的技术。
常用的结构表征技术包括X射线 晶体学、中子散射、电子显微镜
等。
这些技术能够提供催化剂的晶体 结构和分子结构信息，有助于了 解催化剂的结构特点和反应性能。
燃料电池催化剂
总结词
燃料电池催化剂是一种能够加速燃料电池中 电化学反应的催化剂，对于提高燃料电池的 效率和稳定性具有重要作用。
详细描述
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的 装置，其关键技术之一是电化学反应的催化 过程。燃料电池催化剂能够加速电化学反应 的速率，从而提高燃料电池的效率和稳定性 。燃料电池催化剂的研究和应用是当前新能 源领域的研究热点之一，对于推动新能源技
【大学】催化剂性能的评价、测试和表征
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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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
一般而言，衡量一个工业催化剂的质量与 效率，集中起来是活性、选择性和使用寿命
这三项综合指标。
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活性
指催化剂的效能(改变化学反应速度能力)的高低， 是任何催化剂最重要的性能指标。
选择性
用来衡量催化剂抑制副反应能力的大小。 这是有机催化反应中一个尤其值得注意的性能指标。
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机械强度
即催化剂抗拒外力作用而不致发生破坏的能力。 强度是任何固体催化剂的一项主要性能指标， 它也是催化剂其他性能赖以发挥的基础。
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。
《催化剂制备技术》课件
溶胶-凝胶法
总结词
通过将金属盐溶液进行水解、聚合反应，形成溶胶或凝胶，再经过干燥、热处 理得到催化剂的方法。
详细描述
溶胶-凝胶法是一种制备催化剂的常用方法，适用于制备多种金属氧化物和复合 氧化物催化剂。该方法所得催化剂颗粒较小且均匀，活性组分不易流失，但操 作过程较为繁琐，成本较高。
微乳液法
总结词
催化剂的重要性
提高反应速率
催化剂可以显著提高化学反应的速率，从而加快 工业生产和实验室研究的进程。
降低能耗
催化剂的使用可以降低反应所需的活化能，从而 减少能源的消耗。
生产高纯度产品
通过使用催化剂，可以生产高纯度、高质量的化 学产品，满足各种应用需求。
催化剂的分类
均相催化剂
催化剂与反应物同处于一相，均匀分散，例如酸碱催化反应中的 酸碱溶液。
《催化剂制备技术》ppt课 件
目录
• 催化剂概述 • 催化剂制备技术基础 • 催化剂制备工艺流程 • 催化剂制备技术的新发展 • 案例分析
01
催化剂概述
催化剂的定义
催化剂是一种能够改 变化学反应速率但不 参与化学反应的物质 。
催化剂通过降低反应 的活化能来实现反应 速率的改变。
催化剂可以加速或减 缓化学反应速率，但 不改变反应的平衡点 。
燃料电池电极催化剂的制备
总结词
燃料电池电极催化剂制备技术
详细描述
燃料电池电极催化剂的制备主要涉及铂、钯、铱等贵金 属及其合金催化剂。制备方法包括电化学沉积法、化学 气相沉积法和溶胶凝胶法等。这些制备方法能够提高催 化剂的电化学活性、稳定性和耐久性，从而提高燃料电 池的能量转换效率和可靠性。
工业废气处理催化剂的制备
非均相催化剂
催化剂的合成与性能评价
催化剂的合成与性能评价催化剂是一类广泛应用于化学工业和环境保护领域的重要材料，具有促进反应速率、降低反应能量等特征，是许多化学反应的关键成分。
催化剂的合成和性能评价是催化研究领域的重要内容，本文将从概念、合成方法、性能评价等多个角度来探讨催化剂这一重要话题。
一、概念催化剂是指能够加速化学反应速率而本身不消耗的一类物质。
催化剂能够提高反应速率是因为它能降低反应所需的能量，即降低反应活化能。
催化剂在反应过程中与反应物发生相互作用，使反应物分子间的键能更易于断裂和形成新的键。
催化剂应用广泛，包括化学合成、石油加工、氧化脱氮、大气污染治理等领域。
二、合成方法催化剂的制备方法包括物理法、化学合成法、生物法等多种方法。
物理法根据物理性质对催化材料进行表面修饰，如还原法、电沉积法、物理淀积等。
化学合成法通常利用化学反应原理，如沉淀法、水热法、溶胶凝胶法等。
生物法则是利用生物学原理来制备催化剂，如酵母菌发酵法、细胞脱水酶法等。
不同制备方法的催化剂性质差别较大，化学合成法制备的催化剂具有较高的活性和选择性，但价格相对较高。
三、性能评价催化剂性能评价是指利用一系列实验检测方法来对催化剂的活性、选择性、稳定性等性能进行评价。
常用的评价方法包括催化剂表面分析、反应动力学分析、标记试剂分析等。
催化剂表面分析是通过表面分析仪来研究催化剂表面的结构、组成、形貌等，包括扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等。
反应动力学分析是通过测量反应速率随反应条件变化的规律来确定催化剂的反应机理和热力学参数。
标记试剂分析则是利用标记试剂来检测催化剂在反应中的作用。
四、结论催化剂是一类重要的化学材料，广泛应用于化学工业、环境保护等领域。
催化剂的合成和性能评价是催化研究中的重要内容。
催化剂的制备方法包括物理法、化学合成法、生物法等多种方法，不同制备方法的催化剂性质差别较大。
催化剂性能评价则是通过一系列实验检测方法来评价催化剂的活性、选择性、稳定性等性能。
催化剂性能的评价
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。
新型催化剂的研制和性能评价
新型催化剂的研制和性能评价随着社会的快速发展，各行各业迎来了巨大的机遇和挑战。
化学工业也是如此，新型催化剂的研制和性能评价，成为了化学工业发展的重要组成部分。
本文将讨论新型催化剂的研制和性能评价的相关问题，以期为读者提供有益的信息和思路。
一、新型催化剂的研制（1）背景催化剂在化学工业中起着至关重要的作用。
作为一种催化剂，它不仅可以加快反应速率，降低反应活化能，减少能源消耗和制品成本，而且可以改善产品质量，优化环境保护，有利于可持续发展。
虽然目前已经存在着大量种类的催化剂，但是随着工业的快速发展，传统的催化剂已经不能完全满足生产和环保的要求。
因此，研究新型催化剂的研制和应用，成为了当下化学工业发展的重要领域。
（2）重点研究方向当前，新型催化剂的研制主要围绕以下几个方向展开：首先，高效、低毒、高稳定性的催化剂的研制。
在化学生产过程中，传统的催化剂的毒性等问题是制约其发展的一个重要因素。
因此，研发一种无毒、高效的催化剂成为了当前研究的热点。
例如，铜基催化剂、钯基催化剂等等，正在取得一定的成果。
其次，在绿色化学的背景下，催化剂设计与合成来提高反应的选择性。
例如，使用非金属催化剂，开发生物催化剂等等。
另外，在纳米科技的进步和应用中，研究纳米材料的催化性能成为研究重点。
最后，设计能够扩散到大规模工业应用的催化剂。
这有助于开发出更实用的催化剂，使其成为下一代催化技术的重要组成部分。
（3）实验方法和技术为了开发出新型催化剂，需要开展大量的实验研究。
在实验室中，常用的催化剂研究方法包括物理或化学改性、制备、表征等多种方法。
常用的物理方法有XRD、TG-DTA、TGA、AFM、SEM、TEM等，通过对材料的形貌、粗细、晶体结构、表面状态的观察和分析，得出催化剂物性参数。
而表征方法则有气体吸附法、谱学分析、电化学分析、循环伏安法等，通过对催化剂的理化性质进行分析，来确定不同催化剂之间的相应性能。
二、新型催化剂的性能评价（1）背景新型催化剂必须具有高催化活性、高选择性、高稳定性、可重复使用、经济可行等特点才能满足生产的要求。
三元催化 TWC 催化剂的使用与评价技术
三元催化 TWC 催化剂的使用与评价技术催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质，可以在化学反应中提供一个能量势垒，降低反应的活化能，从而促进反应的进行。
三元催化 TWC（Three Way Catalyst）催化剂是一种广泛应用于汽车尾气净化系统中的催化剂，它能够同时减少尾气中的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的排放。
本文将探讨三元催化 TWC 催化剂的使用与评价技术。
一、三元催化 TWC 催化剂的使用技术1. 催化剂的配方：三元催化 TWC 催化剂由几种活性组分组成，包括贵金属如铂、钯和铑，以及辅助组分如氧化铝和氧化锆。
合理的配方可以根据不同的尾气组成进行调整，以提高催化剂的性能。
2. 催化剂的工艺：制备三元催化TWC 催化剂需要采用适当的工艺，包括溶胶凝胶法、共沉淀法和离子交换等。
这些工艺能够控制催化剂的粒径、分散度和孔结构，从而影响催化剂的催化活性和稳定性。
3. 催化剂的载体：三元催化 TWC 催化剂的载体通常采用具有高表面积和良好稳定性的材料，如氧化铝和氧化锆。
优化的载体结构可以提高催化剂的稳定性和吸附性能，从而延长催化剂的使用寿命。
二、三元催化 TWC 催化剂的评价技术1. 活性评价：活性评价是评价催化剂催化性能的重要手段，可以通过模拟实际尾气条件下的反应来测定催化剂的活性。
常用的评价方法包括气体流动反应器和傅里叶红外光谱等，能够测试催化剂对碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物的催化转化率。
2. 稳定性评价：稳定性评价是评价催化剂寿命和抗中毒性能的重要手段，可以通过长时间的实验观察和表征来评估催化剂的稳定性。
常用的评价方法包括温度程序升降法、振荡微差热法和热解析法等，能够研究催化剂在实际使用条件下的耐久性和抗中毒性能。
3. 结构表征：结构表征是了解催化剂内部结构和表面性质的重要手段，可以通过各种表征技术来研究催化剂的物化性质。
常用的结构表征技术包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等，能够分析催化剂的晶相结构、晶格畸变和表面吸附物等。
三元催化 RhPd 催化剂的使用与评价技术
三元催化 RhPd 催化剂的使用与评价技术在化学领域中，催化剂是一种能够加速化学反应速率而自身不参与反应的物质。
RhPd催化剂作为一种三元催化剂在有机合成和催化领域中具有广泛的应用。
本文将重点介绍三元催化RhPd催化剂的使用和评价技术。
一、RhPd催化剂的合成方法三元催化RhPd催化剂的合成方法有多种，其中较为常用的方法是共沉积法和串联沉积法。
1. 共沉积法共沉积法是通过将Rh和Pd金属离子同时沉积在载体上来制备RhPd催化剂。
合成过程中，可通过调节沉积的金属离子比例来控制催化剂的活性和选择性。
2. 串联沉积法串联沉积法是先分别沉积Rh和Pd金属离子在载体上，然后再通过还原和煅烧步骤将它们还原成金属。
相比于共沉积法，串联沉积法能够更好地保持Rh和Pd的间接相互作用，从而改善催化剂的性能。
二、RhPd催化剂的应用三元催化RhPd催化剂在有机合成和催化领域中具有广泛的应用。
以下将介绍几个典型的应用案例。
1. 去羰化反应RhPd催化剂在去羰化反应中展现了卓越的活性和选择性。
以RhPd 催化剂为催化剂的去羰化反应可将酮或醛转化为对应的烯烃，该反应对有机合成中烯烃的合成起到了重要的作用。
2. 氢化反应RhPd催化剂在氢化反应中也显示出优异的催化活性。
氢化反应是一种将不饱和化合物转化为饱和化合物的反应过程，该反应在制备农药、医药和精细化工产品等方面有着重要应用。
3. 聚合反应RhPd催化剂还可在聚合反应中发挥关键作用。
例如，通过使用RhPd催化剂，可以将乙烯和二氧化碳进行催化聚合，从而制备环保型塑料。
三、RhPd催化剂的评价技术为了评价RhPd催化剂的性能和活性，开展合适的评价技术非常重要。
以下是几种常用的评价技术。
1. X射线衍射（XRD）XRD技术可用于表征RhPd催化剂的晶体结构以及催化剂中Rh和Pd的分布情况。
通过XRD分析，可以评估催化剂的晶体形貌、晶格畸变和晶体尺寸等因素对催化活性的影响。
2. 红外光谱（IR）IR技术可用于分析催化剂表面的吸附物种以及催化反应中产物的生成情况。
催化剂的设计方法及性能评价
催化剂的设计方法及性能评价催化剂是很多化学反应中不可或缺的一个组成部分，它可以促进化学反应的速率，降低反应温度和能量，同时提高反应的选择性和产率。
催化剂的设计和性能评价是催化学研究的重要方向之一，本文将从催化剂设计的方法以及性能评价的角度对此进行探讨。
催化剂的设计方法催化剂的设计方法主要分为两类：经验设计和理性设计。
经验设计是根据已知的实验结果，通过经验公式或模型来优化催化剂的制备条件，从而设计出催化剂。
这种方法基于现有的经验数据，在催化剂的制备中加以利用，可以减少制备催化剂的时间和测试成本。
但是，经验设计注重的是试错过程中的实验结果，因此在提高催化剂效率，研究催化机理等方面较为困难。
理性设计是通过理论计算和模拟来设计催化剂。
这种方法基于对催化剂作用机理的深入理解，通过计算机模拟来研究催化反应各环节的机理，解析出催化剂中反应发生的位置以及反应物和产物之间的相互作用关系，然后再根据理论计算结果来设计催化剂的组成和结构。
理性设计的优点是能够精确控制催化剂的组成和结构，从而提高催化剂的抗腐蚀能力和催化效率。
靶向设计是一种新的理性设计方法，它根据反应过渡状态的能量，设计出能够降低反应过渡态的催化剂。
靶向设计将反应物和中间体的电子结构，结合反应机理和能量等信息，以达到降低反应能垒，从而提高反应速率。
另外，分子筛、纳米材料、复合催化系统等新型材料也为催化剂的设计提供了新思路，尤其是纳米材料近年来在催化领域得到广泛应用。
催化剂性能评价催化剂性能评价包括活性、选择性、稳定性、反应动力学和催化剂中心的分布等方面。
活性是指催化剂参与催化反应的效果，一般是指单位时间内反应物转化的摩尔数。
催化剂选择性是指催化剂促进需要反应的反应而不促进无关的反应。
稳定性是指催化剂长期保持其活性和选择性的能力。
反应动力学是通过研究催化反应的速率定律，以了解催化剂的反应机理和性能特点。
一些常用的催化剂性能评价方法包括：筛选法、标记法、原位红外光谱法、表面化学分析和反应动力学方法等。
三元催化 Pd 催化剂的使用与评价技术
三元催化 Pd 催化剂的使用与评价技术一、简介Pd 催化剂是一种常见的三元催化剂，具有广泛的应用领域以及良好的催化性能。
本文将介绍 Pd 催化剂的使用和评价技术。
二、Pd 催化剂的使用技术1. Pd 催化剂的制备Pd 催化剂的制备方法多种多样，包括沉积-沉积法、浸渍法、共沉淀法等。
通过选择不同的制备方法可以调控 Pd 催化剂的形貌、晶相结构和孔隙结构，从而优化催化剂的催化活性和选择性。
2. Pd 催化剂的载体选择Pd 催化剂常常需要载体作为支撑材料，提供活性位点和增加催化剂的稳定性。
常用的载体材料包括活性炭、氧化铝、硅胶等。
选择合适的载体可以增加 Pd 催化剂的纳米尺度效应，提高其催化活性。
3. Pd 催化剂的反应条件调控Pd 催化剂在催化反应中对温度、压力、反应物浓度等条件非常敏感。
通过合理调节反应条件，可以实现对 Pd 催化剂的高效利用。
此外，添加适量的溶剂、辅助络合剂等还可以进一步优化反应条件，提高催化剂的效率和选择性。
4. Pd 催化剂的催化反应Pd 催化剂广泛应用于有机合成、环境保护、能源转化等领域的催化反应中。
其中，Pd 催化的重要反应包括氢化、偶联反应、重氮化等。
利用不同的底物和反应条件，可以实现对底物的选择性活化和转化。
三、Pd 催化剂的评价技术1. 催化活性的评价催化剂的活性是评价其催化性能的关键指标之一。
常用的评价方法包括反应转化率、选择性以及催化剂的寿命等。
通过实验测试，可以得到不同反应条件下催化剂的活性数据，并据此评估其催化性能。
2. 催化剂的稳定性评价在实际应用中，催化剂的稳定性也是一个非常重要的考量因素。
常用的评价方法包括寿命测试、重复使用实验等。
通过长时间的反应实验以及对催化剂的再生处理，可以评估催化剂的稳定性和抗中毒性能。
3. 催化剂的反应动力学分析了解催化剂的反应动力学特性对优化反应条件、提高催化效率非常重要。
通过研究反应速率与底物浓度、温度等之间的关系，可以确定反应级数、活化能等动力学参数，从而深入了解催化剂的催化机理。
催化剂的制备与性能评估
催化剂的制备与性能评估催化剂是一种能够促进化学反应速率，但是在反应结束后自行恢复的物质。
在许多工业领域，催化剂被广泛应用，如炼油、化学、汽车和能源。
在这些领域中，催化剂的性能评估及其制备非常关键。
本文将从制备和性能评估两个方面阐述催化剂的相关知识。
一、催化剂的制备制备催化剂的方法很多，如共沉淀、溶胶-凝胶、沉淀、离子交换、热分解、物理吸附等。
其中，最常用的制备方法是溶胶-凝胶法和共沉淀法。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种化学方法，通过溶胶的凝胶来制备催化剂。
在这个过程中，溶胶被注入一种特定的溶液中，并在适当的条件下蒸发、干燥、烘烤，形成凝胶。
通过热处理，制备出含有无定形物质的过渡金属溶胶。
这种方法适用于大部分金属氧化物和硅酸盐催化剂的制备，如氧化钨、氧化铈、氧化铝等。
凝胶的热处理条件确定制备的晶体形貌和比表面积，如温度和时间等。
2. 共沉淀法共沉淀法是通过共沉淀，合成出具有特定形貌和结构的催化剂。
在共沉淀反应中，所有反应物一起添加到溶液中，通过水解得到所需的沉淀，如Fe2O3、Co3O4等。
共沉淀法的主要优点是所需的反应时间相对较短，可以在室温下进行反应，使得所需的催化剂形貌得到了良好的保持。
二、催化剂的性能评估催化剂的性能评估是确定催化剂性质和性能的关键之一。
主要分为实验和理论两部分。
1. 实验评估实验评估是通过实验来检验催化剂的性能。
主要分为以下几步：(1)保持反应器条件不变，分别使用不同催化剂进行反应，对比其催化效果，来确定最佳催化剂。
(2)检验催化剂的选择性和活性，重要的是要确保催化剂不会产生副反应。
(3)对催化剂进行长期测试，以评估其稳定性。
(4)评估催化剂在不同工艺条件下的适用性。
如温度、压力、反应时间等。
(5)使用表面离子探针等表面分析技术来检测催化剂的活性、选择性和表面性质。
2. 理论评估理论评估是用理论方法来预测催化剂的性能。
例如，使用量子化学方法来对催化剂进行计算机模拟，预测其物理、化学和电子性质的变化。
三元催化 PdPt 催化剂的使用与评价技术
三元催化 PdPt 催化剂的使用与评价技术随着化学领域的不断发展，催化剂作为一种关键的材料在催化反应中起着至关重要的作用。
PdPt催化剂作为一种三元催化剂，具有独特的催化性能，被广泛应用于许多重要的化学转化反应。
本文将介绍PdPt催化剂的使用方法以及评价技术。
一、PdPt催化剂的制备与合成技术1.溶剂热法合成PdPt催化剂溶剂热法合成PdPt催化剂是一种常用的制备方法。
首先，将适量的Pd和Pt前驱体分别溶解在适当的溶剂中，通常为乙二醇和水混合溶液。
然后，在加热条件下，将两种前驱体一起加入溶剂中，并继续加热搅拌，形成均匀的溶液。
接下来，通过恒温反应，使溶液中的金属前驱体逐渐生成PdPt合金颗粒。
最后，用离心机将催化剂颗粒分离，清洗并干燥，即可得到PdPt催化剂。
2.原位合成法制备PdPt催化剂原位合成法是一种将金属前驱体直接还原和合金化的方法。
首先，将适量的Pd和Pt盐溶解在溶剂中，并加入还原剂，通常为乙二醇和甲醇混合液。
在室温下，将溶液加入反应瓶中，并加热反应。
在还原剂的作用下，金属前驱体逐渐还原生成PdPt合金颗粒。
最后，用离心机将催化剂颗粒分离，清洗并干燥，即可得到PdPt催化剂。
二、PdPt催化剂的应用PdPt催化剂在多个领域有着广泛的应用。
1.氢气催化剂PdPt催化剂在氢气催化反应中表现出良好的催化性能。
其合金结构和表面电子状态可调控反应的催化活性，有效地催化氢气的吸附和解离，从而提高氢气氧化和还原反应的效率。
因此，PdPt催化剂被广泛应用于燃料电池等氢气能源领域。
2.有机合成催化剂PdPt催化剂在有机合成中也得到了广泛应用。
它可以催化苯胺类化合物的脱氢反应、芳香醇的加氢反应等。
通过合理调节Pd和Pt的配比和催化反应条件，可以实现高效催化转化和选择性合成，为有机合成提供了有力的工具。
三、PdPt催化剂的评价技术为了评价PdPt催化剂的催化性能，需要进行一系列的评价技术。
1.催化活性测试催化活性测试是评价催化剂性能的基本方法之一。
第三章 化工生产过程基本知识
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第一节 工业催化剂
一、催化剂的基本特征
定义：在化学反应体系中，因加入了某种物质而 使化学反应速率明显加快，但该物质的数 量和化学性质在反应前后不变，该物质称 为催化剂。 这种作用称为催化作用。
能明显降低反应速率的物质称为负催化剂。 催化剂能加快反应速度的原因：改变反应途径，反应活
举例：乙烯环氧化生产环氧乙烷。见教材p21
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④用于正反应的催化剂不一定能直接应用于逆反应。 举例：加氢反应和脱氢反应。见教材p22 ⑤催化剂具有一定的使用周期。
催化剂的中毒和流失等使得催化剂的使用周期 有限。
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二、催化剂的组成与性能
催化剂的分类：
汽油 脱硫净化 CH3OH 环境保护 醋酸 药物 环境保护 环境保护 新型聚烯烃
沸石 CoO-MoO3/Al2O3 Cu-Zn/Al2O3 贵金属 RhI2(CO)2 络合催化剂 V2O5-TiO2 Pd,Pt,Rh/SiO2 茂锆等
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第二节 工业催化剂
• 一、催化剂的基本特征 • 二、催化剂的组成与性能 • 三、催化剂的使用 • 四、工业生产对催化剂的一般要求 • 五、催化剂制备方法简介
Vg cm3 / g 。
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固体催化剂
2）孔隙率 pVg
孔隙率是催化剂颗粒的孔容积和颗粒的体积之比。式 中 p g / cm3 为表观密度（假密度），是以颗粒体积计 算的密度。
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固体催化剂
3.孔径及其分布 催化剂中孔道的大小、形状和长度都是不均一的，催化剂孔 道半径可分成三类： 1）微孔，孔半径为1nm左右； 2）中孔，孔半径为1～25nm左右； 3）大孔，孔半径大于25nm的孔。
8催化剂制备、表征及评价35
积分反应器
FA0
x
T1 T2
(−rA )dw = FA0dx
dx (−rA ) = w d( ) FA0
缺点 T要沿轴均匀（∆H大) H不够高（易外扩散控制） D也不够大 D
要求
W FA 0
dw
D
优点：设备便宜 （仿真）；分析 仪器便宜；易发 现副反应。
d
> 8−9
p
数据处理需微分。
x
微分反应器
洗，过 滤，干 燥
分子筛法： 硅酸钠＋铝酸钠＋NaOH Sol-Gel 凝胶 陈化 晶 分子筛法： 硅酸钠＋铝酸钠＋
Na 换成Ni ,Mg+
其他方法： 其他方法：古老的，瑞利镍（骨架镍）Ni-Al合金溶于强碱， 得高比表面Ni。 LiC 4H8 有机锂，有机铝，不是均相催化剂，是非 均相催化剂，纳米级。
P0 −1 / 3 p ) + 9.52(ln 0 ) −1 P p
Kelven公式 V ，T温度下吸附质的摩尔体积 P0，T温度下吸附质的饱和蒸汽压 σ ，吸附质液体表面张力 θ ，接触角
比表面积Sg[m2/g]测定： BET标准法：(Brunauer Errnett Teller) 单分子层化学吸附，Langmuir吸附
无孔催化剂Monolithe (高活性,低压降,低热容)
催化剂表面形貌(电镜观察)
多孔催化剂的孔结构
颗粒子Partical 10-100 微米
晶粒Grain 0.1-3.0 微米聚团 粒团Pelet 3-8 mm
颗粒子之间 的粘结剂
XRD
SEM
AES
孔径分布
分布密度
dVg da
双孔ห้องสมุดไป่ตู้型
催化剂的评价.
2.5.1 活性评价的反应器
场合下，催化剂的活性，通常直接按给定的反应时间、反应条 件下的转化率来评价。 连续式反应器按有无搅拌又可分为两种类型：连续流动搅拌 反应器(Continuously Stirred Tank Reactor简称CSTR)和活塞流 反应器(Plug Flow Reaxtor,简称PFR)，其示意图见图1和图2。 Q0 C0
0
x
dx kC （ 0 1 x） C 0
用一级速率方程拟合所得的k值与用指数方程由截距求得的k
2.5.1 活性评价的反应器
值不一致，说明所假定的速率方程可能过于简单(氢解过程不仅 是单一的加氢过程)，也有可能因对数作图导致的不敏感的缺点， 以及含有微分步骤中的误差. t 0.61 0.99 1.57 1.84 3.14 4.06 ln(1-x) 0.34 0.55 0.87 1.02 1.7 2.2 k 0.557 0.556 0.554 0.554 0.541 0.542
2.5.1 活性评价的反应器
脉冲反应器用于催化剂筛选, 测活性和选择性，也有用于动力学 和机理研究的。由于是脉冲方式进样．因而反应气体在催化剂 上的吸附、脱附行为与连续反应器内的行为有很大的区别。 优点: 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。 缺点: I)在催化剂表面建立不起平衡。脉冲通过催化剂过程中， 表面反应物的浓度在改变．因而观察到的选择性不准。假定反 应可生成起抑制作用的产物．将不会观察到它们的真实效应。 II) 在许多情况下，催化剂表面的真实性质和组成取决于在稳定 流动条件下与其周围气氛之间的平衡。从非平衡的脉冲反应器 得到的信息，可能并不反映稳定流动条件下催化剂的真实性质。
三元催化 PdRh 催化剂的使用与评价技术
三元催化 PdRh 催化剂的使用与评价技术催化剂在化学反应中起着关键的作用，能够加速反应速率、提高反应选择性，并减少能量消耗。
PdRh 催化剂作为一种三元催化剂，在有机合成和能源领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍 PdRh 催化剂的制备方法、催化性能以及评价技术。
一、PdRh 催化剂的制备方法PdRh 催化剂的制备方法多种多样，常见的方法包括溶液法、共沉淀法、化学还原法等。
其中，溶液法是最常用的制备方法之一，能够得到均匀分散的纳米颗粒。
通过控制反应条件，如温度、浓度、pH 值等，可以调控催化剂的晶体结构和形貌，从而改变催化性能。
二、PdRh 催化剂的催化性能PdRh 催化剂具有较高的催化活性和选择性，可应用于多种有机合成反应，如氢化反应、偶联反应、加氢脱氧反应等。
此外，PdRh 催化剂还具有优异的稳定性和抗中毒性，可在高温和极端反应条件下长时间稳定工作。
三、PdRh 催化剂的应用1. 氢化反应PdRh 催化剂在氢化反应中表现出优异的催化性能。
例如，PdRh 催化剂可用于芳香烃的氢化反应，将芳香烃转化为相应的环烷烃。
此外，PdRh 催化剂还可用于卤代芳烃的氢化反应，将卤代芳烃转化为芳香胺。
2. 偶联反应PdRh 催化剂在偶联反应中也具有重要的应用价值。
例如，PdRh 催化剂可用于氨基酸的偶联反应，将氨基酸与芳香化合物偶联，形成对应的酰胺类化合物。
此外，PdRh 催化剂还可用于炔烃的偶联反应，将炔烃与芳香化合物或烯烃偶联，形成多重键化合物。
3. 加氢脱氧反应PdRh 催化剂在加氢脱氧反应中表现出良好的催化活性。
例如，PdRh 催化剂可用于芳香醚的加氢脱氧反应，将芳香醚转化为相应的醇类化合物。
此外，PdRh 催化剂还可用于酮类化合物的加氢脱氧反应，将酮类化合物转化为醚类化合物。
四、PdRh 催化剂的评价技术评价催化剂性能的常用技术包括表面积分析、催化活性测试和寿命测试。
表面积分析可用于评估催化剂的比表面积、孔隙结构和颗粒大小等参数，常用的方法包括比表面积测试、孔隙体积测试和扫描电子显微镜观察。
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(八) 还原法 (化学还原 加氢还原) Reduction method
指用于制备金属粉末催化剂的一种方法, 但是 还原也是制备负载金属催化剂的重要步骤.
常用还原剂: 氢, 氮氢混合物, 纯一氧化碳, 甲醇, 乙醇.
前体: 氧化物 (还原后无残留, 无副产物)
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组分产生影响
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盐溶液的配制:
防止水解: 贵金属盐易水解,一般先在水中滴加 几滴酸防止水解;
溶剂的选择:改善溶剂的特性可以获得意想不到 的效果
水-醇, 水-酮, 水-酯 等 例:醋酸乙烯催化剂,水中加入酯类物质,使得 催化剂的活性组分加入微球硅胶的内层, 而不是表 层;
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“10% 是催化剂制备中常用的初始浓度, 然后通过优化找出最佳浓度”
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3. 温度的影响
一般:
升高温度, 过饱和度降低,
晶核生长速度减小;
晶
晶核生长速度随温度的升 核
高会出现极大值
生
长
较低温度有利于晶核生
速 度
成, 而不利于其长大,
因此较低温度常常可获
得细小的颗粒.
温度
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影响因素: 沉淀条件:温度 浓度 PH值,加料顺序,搅拌强度,
沉淀生成速度,沉淀时间, 沉淀物的洗涤干燥方法;
原料盐及沉淀剂的性质:某些原料盐的阴离子可 与沉淀剂的阳离子作用生成碱式盐,这种碱式盐可 能成为催化剂杂质.如: Al(OH)2 NO3
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盐溶液
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2.固定床反应器的分类及特征 Classification of fixed bed reactor
四个基本类型： 积分反应器；Integral reactor 微分反应器；Differential reactor 循环反应器；Cyclic reactor 脉冲反应器。Pulse reactor
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4. PH值的影响
一般:
(1) 终点PH远远高于氢氧化物沉淀所需的PH,
如: Zr(OH)2 所需值: 2.0 实际 大于10
(2) 共沉淀时:
为避免出现一个物质先沉淀, 一个物质后沉淀 的现象,
通常采用
反加法: 盐溶液 加入 沉淀剂
中和法:
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5. 老化和洗涤 老化 = 静置 作用: 一系列的物理及化学变化使沉淀变得均匀, 细致 注意: 一定要在母液中老化, 防止出现变化.
沉淀剂
沉淀
老化
洗涤,过滤
干燥
焙烧,还原 催化剂
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主要技术要点:
1. 沉淀剂和金属盐类的选择 沉淀剂: 氨水, 碳酸铵, 碳酸氢铵 盐类: 一般采用硝酸盐 Cl 和SO42-离子常常是催化剂毒物
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2. 浓 度 多大合适? 经验 一般: 浓度太高, 沉淀不均匀 浓度太低, 晶核难以形成
洗涤:
一般用去离子水洗涤, 有时也可用含有盐类 的溶液洗涤.
尽可能快洗, 低温, 防止胶溶现象的产生.
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6. 共沉淀法 超均匀共沉淀法
使多个成分同时沉淀出来的方法 载体-活性成分共沉淀 多个活性组分共沉淀 活性组分-促进剂共沉淀
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例1: Fe-Ni/SiO2的制备 Ni(NO3)2 Fe(NH4) 2 (SO4)2 Na2SiO3
出于科学研究的需要，和为了给工业 生产提供可用的催化剂，需要在实验室 对催化剂进行评价，评价的指标通常包 括活性、选择性、寿命、强度、制备方 法的评价。
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(一)．活性、选择性的评价 (Evaluation for activity and selectivity)
1.评价装置(apparatus, reactors)：
硅酸钠
硝酸铵
二氧化硅
硝酸镍 硫酸亚铁铵 碳酸氢铵
沉淀和老化 混合再老化 洗涤 干燥
还原
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例2: 超均匀沉淀法制备硅酸镍催化剂
Ni(NO3)2 HNO3 Na2SiO3
硝酸镍
硝酸钠 硅酸钠
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(三) 热分解法 (thermal decomposition)
制备金属粉状催化剂及氧化物催化剂 如: 钴粉, 镍粉 氧化物
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(九) 溶胶-凝胶法(sol gel method)
90年代出现的一种新方法 SOL 溶胶: 粒子大小 1-100nm; Gel 凝胶: 溶胶干燥后的产物;
膜反应器→ 催化剂层
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如何制得颗粒度小且大小均匀的溶胶: 常用水解法 有机金属化合物为前体, 温和条件下缓慢水 解, 生成溶胶. 杂质的除去
C. 颗粒度变化(particel size changes) 一般使颗粒变大
D. 孔结构变化(pore structure changes)
变大
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S108型二氧化硫氧化制 硫酸催化剂
C307型合成甲醇催化剂
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三.催化剂的评价 Evaluation of catalyst in laboratory
一般用碳酸盐 硝酸盐 草酸盐 甲酸盐 乙酸盐 温度适中:
过低, 分解不完全 过高: 活性组分颗粒度过大
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(四) 熔融法 (melting methods)
1. RANEY Ni 催化剂, 骨 架银催化剂
2. 合成氨催化剂
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(五) 电解及电化学沉积法
-
+
(electrolysis and electrodeposition)
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二 催化剂的焙烧 Calcination of catalysts
1 目的(purpose) ♫ 使催化剂具有一定的化学组成和稳定的活性 (constant chemical composition and stable activity)
♫ 使催化剂保持一定的晶型、孔结构和比表面 (constant crystallite, pore structure and surface area)
♫ 使催化剂具有一定的机械强度(mechanical strength)
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2. 变化 (changes happened during calcination)
A. 化学变化(Chemical changes) AgNO3/沸石 加热 Ag/沸石
B. 结构变化(structure changes) 一般, 机械强度增大
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(1)微分反应器differential reactor
特 点: 在催化剂床层内反应速度近似不变，即整
个床层内处处以相同的速度反应，所以无浓 度梯度和温度梯度（见图6）。整个反应器相 当于积分反应器中的一个微小部分
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W：催化剂总量。（克） dW：催化剂的重量元。（克） F：反应物之初始流量。（摩尔/分） X：反应物之转化率。 dX：反应物流经dW后之转化率增量。 U：对dW取平均的每一单元催化剂上之反应速度（摩尔/克
电解银催化剂
Ag
Ag
特点: 纯度高, 活性高, 比表面积大.
AgNO3
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电 沉 积 法(electro deposition method)
特点:采用电化学方法将活性组分沉积在基 体表面的方法. 催化电极, 修饰电极
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(六).混合法 (mixing method)
第三章.催化剂制备及评价技术 Preparation and evaluation of catalysts
一. 催化剂制备 Preparation
催化科学中最核心的问题, 涉及科学 及技术两个方面;
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( 一 ) 浸 渍 法 (impregnation method)
将载体放入可溶于水而又容易热分解的 盐的溶液中进行一次或多次浸渍,然后进行干 燥、焙烧和还原等，在焙烧及还原过程中,由 于盐类分解,活性组分沉积在载体上而形成催 化剂.
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酸碱处理： 酸处理：除去有害技术杂质，使催化剂 表面酸性化
如：Pt/SiO2， Pt/C 碱处理：表面碱性化，活化，除油
有机溶剂处理：除油 除脂 特别处理： 如:氧化, 硅烷化等
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2.盐类的选择和盐溶液的配制
盐类的选择: 碳酸盐 硝酸盐 草酸盐 醋酸盐; 阴离子在焙烧时可分解, 而不会对活性
固定床(fixed bed reactor):催化剂固定,
反应物流动
特点:流体（反应物）以较低流速穿过 处于稳定状态的颗粒间隙, 反应物通过 与催化剂表面的接触发生化学反应.
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流化床(fluidized bed reactor): 催化剂与反应物在一定范围内一起流动, 常常 要求反应物有较高的线速度;同时催化剂的颗粒 度较小; 特 点:流体线速度较高, 压力降与床层浮重相 等，催化剂颗粒升举，床层膨胀，但床层仍保 持有界面。流体线速增加，压力降也不变。这 就是流化床。
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