氨合成催化剂综述
合成氨催化剂的研究进展
合成氨催化剂的研究进展第一篇：合成氨催化剂的研究进展合成氨催化剂的研究进展摘要：近20多年来，随着英国BP公司钌基催化剂的发明和我国亚铁基熔铁催化剂体系的创立，标志着合成氨催化剂进入了一个新的发展时期，本文主要介绍通过合成法合成的几种催化剂的研究进展。
关键字：合成氨；催化剂；合成法Abstract:Over the past 20 years, with the invention of the British BP ruthenium catalysts and creation of ferrous base molten iron catalyst system in our country, marked the ammonia synthesis catalyst has entered a new period of development, this paper mainly introduces through the several means of catalyst research progress of synthesis method of synthesis.Key Words: Ammonia;The catalyst;synthesis前言合成氨指由氮和氢气在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
合成氨工业需要较低温度和压力下具有较高活性的催化剂。
90多年来，世界各国从未停止过合成氢催化剂的研究与开发。
目前，工业催化剂的催化效率在高温下已达90％以上，接近平衡氨浓度(因压力而异)。
例如，在15 MPa及475℃下，A301催化剂的催化效率接近100％。
要提高催化剂的活性，就只有降低反应温度．另一方面，工业合成氨的单程转化率只有15％～25％，大部分气体需要循环，从而增加了动力消耗。
为了提高单程转化率，也只有降低反应温度才有可能。
因此，合成氨催化剂研究总的发展趋势，就是开发低温高活性的新型催化剂，降低反应温度，提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨。
【DOC】浅谈合成氨催化剂综述
浅谈合成氨催化剂众所周知，N2和H2合成氨的反应是一个可逆反应，从化学平衡角度看，增压，降温有利于氨的合成，但对于合成氨的实际生产，压强越大，对设备的材料，质量和制造水平要求越高，能耗也变大，这将会增加建设投资和生产成本。
目前，我国合成氨厂一般选用的压强在20～50MPa之间，而降温受两方面限制，一是反应速度，降温，虽然有利于反应向正方面进行，但温度过低，反应速度反而变小，造成生产周期长。
二是催化剂，不同的催化剂有它的活性温度范围，催化剂定了，反应温度也随之被定下来，故合成氨提高效率最主要的因素在于催化剂。
目前，铁是合成氨工业中广泛应用的催化剂，它具有高内在活性，长使用寿命和高密度特点，活性温度在500℃左右，尽管铁催化剂有许多优点，但人们一直在努力开发新型催化剂。
一、合成氨催化剂近年的开始历程从20世纪70年代开始，日本就在积极地寻求开发钌基催化剂。
继ICIAMV和LCA 工艺中推出铁一钴系催化剂后，KAAP工艺中采用的以炭为载体的钌催化剂推动了氨合成催化剂的发展。
完全不含铁、不含钌的催化剂，如Cs/Co3Mo3N催化剂，其活性介于熔铁类和钉系催化剂之间，活性低于钌系催化剂。
1970年，以硅藻土为载体钌系催化剂在氨合成反应上的动力学研究引进了日本，日本的研究者继续研究了大量的以钾促进的金属（Co、Ni、Re、Mo、Fe、Ru、Os）在炭载体上的活性，发现钌比传统的双金属铁催化剂活性更高。
1972年，日本报导了以石墨为载体的钉系氨合成催化剂的第一次应用。
对无促进剂和有促进剂的钉系催化剂有了较为详细的认识后，出现了几种改进型钌系催化剂，如Ruhler等人开发的具有较高活性和稳定性的Ba—RU/MgO催化剂，丹麦托普索（Topsφe）公司也开发了含钌的氨合成催化剂。
在这些研究中，镁铝尖晶石和高表面积石墨为载体的钉系催化剂显示出较好的活性。
然而，在工业条件下，它的稳定性还存在一定问题。
最近，以Ba促进BN（氨化硼——以白石墨著称）为载体的钉催化剂开发成功，它具有前所未有的活性和稳定性。
氨合成催化剂简介
氨合成催化剂简介史** 309010**** 化工090*合成氨工业的巨大成功不仅解决了人类因人口增长所需要的粮食，而且带动了一系列基础理论的发展。
合成氨工业创立的本身就包含着伟大的创造性和光辉的科学思想。
Haber和Bosch提出的化学平衡与质量作用定律的应用、高压反应技术、封闭流程操作、动态反应速率概念，Mittasch提出的混合催化剂的概念以及化学家、工程师、物理学家、材料学家与各种工匠群体合作的成功先例等，推动了整个化学工业和材料工业的发展。
合成氨催化剂是多相催化领域中许多基础研究的起点。
许多多相催化科学的基本理论和概念都来自于或首先试用于催化合成氨。
合成氨工业及其催化过程的巨大成功奠定了多相催化科学的基础。
氨合成熔铁催化剂是世界上研究得最成功、最透彻的催化剂之一。
本报告主要介绍传统Fe3O4基熔铁催化剂。
氨合成催化剂的新进展也将予以简介。
熔铁催化剂的组成及特性熔铁催化剂的主要成分为Fe3O4，其含量为90%左右，助催化剂主要是Al2O3、K2O、CaO、MgO等金属氧化物以及SiO2非金属氧化物，通常用磁铁矿为原料，由熔融法制备。
在催化剂装填至反应器后，由铁氧化物还原得到的α-Fe是氨合成反应的主催化剂，但由纯铁氧化物还原得到的催化剂在合成氨过程中很快会失活。
作为助催化剂的Al2O3、K2O、CaO、MgO、SiO2等氧化物不被还原，虽然对氨合成不具有催化作用，但它们改善了α-Fe的催化活性，增强了耐热和抗毒能力，延长了使用寿命。
其中，Al2O3、Cr2O3、MgO、V2O5、ZrO2、TiO2、SiO2等高温难熔氧化物属于结构性助催化剂，它们能增加催化剂在还原和操作时的抗热能力和抗毒能力，起着增大表面积、稳定结构的作用，但却降低了每单位总表面积的比活性和还原速度。
K2O、CaO等碱金属、碱土金属和稀土金属氧化物作为电子性助催化剂，同结构性助催化剂的作用相反，它们能增加单位表面积的比活性，但却削弱了抗热和抗氧毒物的能力。
合成氨催化剂研究综述
产 过 程 中 的 能源 消耗 。 才 高。 现 阶 段 我 国在 合 成 氨 催 化 剂 工 业 方 面 的 主 要 研 究 方 向 包 １ ． ４ 铁锰催化剂 。这种催 化剂 主要是将锰离子用于修饰工
业 Ａｌ ｌ ０ ． ３ 催 化剂 ，能够在 ２ ． １ ＭＰ ａ以及 ３ ０ ０ 度高温 下表现 出比 原催化剂更高的活性 。通过这一点研究 ，为低温高活性合成氨 催化剂的研究奠定 了基础 。 ２钌基催化剂研究 钌基催化剂也是负载型催化剂 的一种 ，与传 统催化及制各 方式存在较大 的差异性 ，主 要是通过浸渍法，将助剂与钌 的混 合物 负载 到载体 中，然 后通过 一系列的条件 ，最后还原和转化 为 高活性组分 。在 制备过程 中，载体不同 ，制备过程 以及钌基 催化 剂的活性等也呈现 出不 同的特点 。世界上关于钌基催化剂 制备载体的相关研究报道有很多 ，上个世纪三十年代相 关报道 中 ，报道 了钌基催化 剂活性 比铁 要低 ； 而在 上世纪七 十年代 ， 相关学者研究发现 ，如果将金属钾作为钌基促进 剂，并且载体 选用活性炭 ，能够 大大提 升钌基 催化 剂的活性 。而德国鲁尔大 学 中一项研 究表明 ，一种金 属钌、金属 钡 以及氧化 镁催化剂 ， 活性远远 高于钌基 催化剂 以及传 统的合成氨催化剂 。 在最近的十几年中 ，我 国国 内也对钌基合成氨催化剂进行 了大量的科研研究 ，并取得 了显著的成果 ，其 中碳纳米管 、活 性炭等合成氨催化剂的稳定性 、活性等 以及接近或领先 于世 界
化肥等的重要原料 。在合成氨生产过程 中，如何开发低温 高活 属钾 以及金属钡双助剂 的石 墨化 钌基催化剂实验开始 ，并建立 性的催化剂 ，有效 的降低合成氨过程 的反应温度 ，提 高氨单程 了钌基催化剂示 范性产业 工程。 转化率 以及平衡转化率 ，是合成氨 工业生产 中理想的 目标 。铁 然而工业合成 的过程 中，助剂 以及钌会与活性炭 发生 一定 基催化剂 以及钌基催化剂 的发 明，花 费了科研 工作者大量 的心 的化学反应 ， 如 甲烷化反应等 ， 对钌基 催化剂造 成较大的影响 ， 血 ，有效 的提升 了合成氨 的效 率，增强了合成氨的稳定性 。并 影响合成氨工 业生产。为 了能够提高合成氨制备 的稳 定性，近 且 随着我 国科研 水平 的提 升，合成氨催化 剂 的种类 越来越 多， 年来相关领域 的人员对钌基催化剂 中加入高稳 定性氧 化物 做 了 工艺越来越先进 ，对我 国化工 工业 发展做出 了巨大的贡献 。 详细 的工作 。另外，影响钌基催化剂产业化 的因素还 包括其工 １铁基催化 剂研 究 业成本 ，价格低廉的钌基催化剂也 是现 阶段 国 内主要 的研 究方 １ ． １ 传统熔铁型催化剂 ，这种 催化 剂主要成分为磁铁 ，然 向 之 一 。 后 加 入 Ｍｇ Ｏ、Ｃ ａ Ｏ、Ｋ ２ Ｏ、Ａｌ Ｏ 、Ｂ ａ Ｏ等 不 同的助 剂 ，形成 ３我 国对 合成氨催化剂的研究现状 分析 不同型号与功效的催化剂 ［ １ 】 。陈林深等人通过 Ｆ ｅ ¨ （ ｃ ） ０． Ｆ ｅ 我 国是现 阶段 世界 上氨 生产 量最大 的国家 ，每年对 合成 混合离子 以及氨 水，利用沉淀 的方式 ，制成 Ｆ ｅ Ｏ （ Ｆ ｅ ， Ｏ ）结 氨催化剂 的需求量高 达 ３ ０ ｋ ｔ 以上，但我 国合成氨单耗 量过大 ， 晶体，以此作 为催化剂 ，大大提 升了合成氨过程 Ｃ Ｏ 的转化率 ， 明显高于 国际平均水平 。 提升转化率到 ９ ７ ％。这种方法不仅简单 ，同时还 有有 效的利用 我 国已经逐步建立成 了亚铁基熔铁剂催化剂体系 ，有七种 废催 化剂 中的 Ｆ ｅ 离子 ，同时能够在 沉淀阶段 ，将一些有 用 的 型号 的含铬 的催化剂 ，主要是方便操作 ，有 效的降低 了合成氨 铁离子渗入 到尖 晶石结构 ，提 高了催化 剂的稳定性，增强 了催 操作的温度 ，在 一些 中小型合成氨 的设备装 置中 已经 大量 的推 广使用 。 化 效果 。 １ ． ２铁 ． 钴型催化剂 。 这种催化剂是王文祥等人 ， 通 过母体 ： 中石化 集 团名 下一 个催 化剂 生 产厂 家生 产 的 Ａ１ １ ０ ． １ ． Ｈ、 １ ． １ 型合 成氨催化剂 ，在投入 使用后 ，取得 了 良好 的应用效 Ｆ ｅ （ ｃ ｏ ） 载体 ： 活性炭制备的负载型催化剂 。这种催化剂 Ａｌ 能够在 ４ ０ ０ 度 以上温度 以及 １ ５ ＭＰ ａ 压强下具有较 高的活性 ，然 果 ，为催化 剂生产厂创造 了巨大 的经济 效益，是我 国现阶段使 用 最长时间的催化剂产 品之一 ［ ４ ］ 。 而这种催化剂在常压 以及低温情况下活性几乎为 ０ 【 ２ 】 。 １ ． ３ 亚铁 型催化剂。Ｆ ｅ Ｏ 具有 亚稳定性 、养护型 以及 非整 中 国 自行 设 计 和 建 造 的 上 海 吴 泾 化 工 厂 也 是 年 产 ３ Ｏ 万 吨 比性等特地看 ，在常温下的歧化反应 以及氧化反应速度 极慢 ； 氮 肥的大型化肥厂 。这些化肥 厂 以天然气 、石油 、炼 油气 等为 从动 力学角度 来说 ，Ｆ ｅ １ ． ＸＯ基催化剂 具有稳定 性特 点，其母 原料，生产 中能量损耗低 、产 量高 ，技术和设备都很 先进。在 体有一种 晶体 结构和仅有 一种 铁氧化物组成，其高活性需要有 合成氨催化剂研 究方面还 需要借鉴化工 、石化等 生产 的有效经 定的限制条件 ，也就是在 维氏体 单独 在催化剂中时，其活性 验 ，不断 的提升合成氨催 化剂产量与工艺技术 ，降低 催化剂生
氨合成的催化剂
氨合成的催化剂一、引言氨合成是一种重要的工业化学反应，广泛应用于制造化肥等领域。
在氨合成反应中，催化剂起着至关重要的作用。
本文将详细介绍氨合成反应中常用的催化剂。
二、铁系催化剂铁系催化剂是氨合成反应最早采用的催化剂之一。
这种催化剂主要由铁、钴、锆等金属组成，其特点是具有较高的活性和选择性。
此外，铁系催化剂还具有良好的耐久性和稳定性，在工业生产中得到了广泛的应用。
三、钌系催化剂钌系催化剂是近年来被广泛研究和应用的一种新型催化剂。
这种催化剂主要由钌、锰等金属组成，其特点是具有较高的活性和选择性，并且在高温下仍能保持稳定性。
此外，钌系催化剂还具有良好的抗毒性，在氨合成反应过程中能够有效地抵御碳氢物质等有害物质对其产生的影响。
四、钼系催化剂钼系催化剂是一种常用的氨合成催化剂，主要由钼、铝等金属组成。
这种催化剂具有较高的活性和选择性，并且在高温下仍能保持稳定性。
此外，钼系催化剂还具有良好的抗毒性和耐腐蚀性，在氨合成反应中表现出色。
五、其他催化剂除了以上几种催化剂外，还有许多其他类型的氨合成催化剂。
例如，铑系催化剂、镍系催化剂、银基催化剂等都具有一定的应用前景。
这些新型催化剂在提高反应效率、降低生产成本等方面都具有重要作用。
六、结论综上所述，氨合成反应中的催化剂种类繁多，每种催化剂都具有其独特的优点和缺点。
在实际生产中，应根据不同情况选择最适合自己需求的催化剂，以达到最佳效果。
同时，未来还需要进一步研究和开发新型高效稳定的氨合成催化剂，以满足不断增长的市场需求。
合成氨催化剂
合成氨催化剂0707应化杨超(41)1．催化剂概述催化剂又叫触媒，根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。
这种作用称为催化作用。
涉及催化剂的反应为催化反应。
催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。
催化剂在工业上也称为触媒。
我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到，催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应。
而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。
但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。
2．催化剂的分类2.1 按性质分类催化剂有三种类型，它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。
均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）。
多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。
酶是生物催化剂。
活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。
如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。
大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的。
如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。
因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。
2.2 按组成的组分分催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。
非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中，而均相催化剂则是呈现在同一相的反应。
一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面，反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物出现。
氨合成的催化剂
氨合成的催化剂引言氨是一种重要的化工原料，广泛应用于农业、化肥制造、化工合成等领域。
而氨合成过程中最关键的环节就是催化剂的选取。
本文将会全面介绍氨合成催化剂的种类、工作原理、制备方法以及相关的工业应用，以加深我们对氨合成催化剂的了解。
催化剂种类在氨合成过程中，常用的催化剂主要包括铁系催化剂、钌系催化剂和铑系催化剂。
这些催化剂具有高效能、稳定性好的特点，被广泛应用于工业生产中。
铁系催化剂铁系催化剂是氨合成过程中最常见的催化剂之一。
传统的铁系催化剂主要是以铁为主要成分，常配以适量的铝、钾等元素。
这类催化剂具有成本低、晶体结构稳定等优点，然而其催化活性相对较低，需要高温和高压下进行反应。
近年来，随着纳米技术的发展，铁基纳米催化剂成为了新的研究热点，其催化活性和选择性得到了极大的提高。
钌系催化剂钌系催化剂是氨合成中的另一类重要催化剂。
钌具有较高的催化活性和选择性，常作为铁系催化剂的替代品使用。
研究表明，钌催化剂在较低温下即可实现氨合成反应，大大降低了能耗。
此外，钌系催化剂对反应物质的吸附性能和解离能力较强，可以促进氨合成反应的进行。
铑系催化剂铑系催化剂在氨合成领域中也有着广泛的应用。
铑是一种包括铑金属和铑氧化物等在内的化合物，具有较高的催化活性和稳定性。
铑催化剂不仅可用于氨合成反应的催化剂，还可以在其他化学反应中发挥重要作用。
然而，铑系催化剂的价格较高，限制了其在工业生产中的应用。
催化剂在氨合成反应中起到了至关重要的作用。
一方面，催化剂可以提供活性位点，吸附反应物质并降低其解离能力，从而促进反应的进行。
另一方面，催化剂还可以降低反应的活化能，提高反应的速率。
具体而言，催化剂与反应物之间会发生物理吸附和化学吸附的过程。
在物理吸附中，反应物只是通过分子间的范德瓦尔斯力与催化剂表面相互作用。
而在化学吸附中，反应物会与催化剂发生化学反应，生成中间体。
通过物理吸附和化学吸附的交替作用，反应物逐步转化为产物。
催化剂的选择需要考虑多个因素，如催化活性、化学稳定性、抗中毒性等。
氨合成催化剂(一)
氨合成催化剂（一）2003年2月28日Nitrogen & Methanol在上一世纪初期，巴斯夫的Haber、Bosch 等人开始研究利用催化剂把气态的H2和N2合成为氨，其中铂石棉研究是一显著的起点；尽管后来证明并没有多大的效果。
其后，人们对数千种其它具有潜在催化活性的组分如第Ⅷ族金属钴、锇以及其它的过渡金属如钨、钼及锰、稀土金属如铈甚至铀等进行了研究。
正如早期专利中所揭示的那样，巴斯夫的研究者首次形成了“助剂”（他们的术语）的概念，他们也能鉴别得出毒性物质如硫、磷，较重的第Ⅴ、Ⅵ族元素以及易熔化可还原的金属如铅、锡、锌等对催化剂性能造成的影响，。
在1913年，Mittasch提出了第一个高活性钌系氨合成催化剂生产的专利申请，即采用以钌为助剂、用钾和钌的碱性溶液来浸渍载体。
这种催化剂最终应用在两个商业化的工厂，它们分别于1913-1915年建立在Oppau和Leipzig两个地区。
后来，这些工厂进行了装置扩大和改造，这种改良工艺使得巴斯夫在多年以后一直维持着世界第一氨生产商的地位。
尽管在早期年代，巴斯夫的竞争者一直致力于可替代的其它的催化剂的开发，目的在于寻求真正地改进或避开已有专利保护的范围。
就其成本而言，没有一种催化剂能取代熔铁催化剂。
例如，在1918年，美国的第一个利用以钠为助剂的钴催化剂工厂，开车时并没有取得成功。
这样，Mittasch型熔铁催化剂很快维持了它的工业地位。
与那些竞争对手相比，它的成分比较便宜，如果使用正确将维持较长的使用寿命。
事实上，在合成氨厂，它是使用寿命最长的催化剂。
很多年以来，尽管在催化剂的物理性能和生产技术方面也有一些改进，但是在合成气体部分，从改进催化剂、工艺技术及操作实践中得到的收获要比改变氨合成催化剂的化学特性的收获多得多。
改变化学特性的动机在于最近时期日益增长的技术-经济方面的因素，促使研究者们希望能设计规模更大、能量利用更充分的合成氨厂，而并不是由于铁系催化剂的可靠性存在缺陷。
合成氨催化剂
合成氨催化剂摘要：合成氨是重要的化工原料，合成氨工业是化学工业的支柱产业。
合成氨工艺主要是对催化剂的研究，文章对合成氨催化剂作研究进展概述，提出了对合成氨催化剂发展的建议。
关键词：合成氨催化剂发展合成氨是重要的化工原料。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 合成氨是一个大吨位、高能耗、低效益的产业。
因此, 合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗, 提高经济效益产生巨大的影响。
开发低温高活性的新型催化剂, 降低反应温度, 提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨, 一直是合成氨工业的追逐目标。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
至今仍没有开发出与其低压高活性相匹配的低压合成工艺，因此，以催化剂为核心技术，通过对催化剂的深入研究，以提高合成氨工业的综合效益。
1、催化剂合成氨的反应机理热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。
当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。
目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。
接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。
上述反应途径可简单地表示为：xFe+N2→FexNFexN+[H]吸→FexNHFexNH+[H]吸→FexNH2FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。
加入铁催化剂后，反应以生成氮化物和氮氢化物两个阶段进行。
第一阶段的反应活化能为126kJ/mol～167kJ/mol，第二阶段的反应活化能为13kJ/mol。
氨合成铁系催化剂
氨合成熔铁催化剂氨合成熔铁催化剂，目前合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
1、组成1.1组成主要成分是Fe3O4，含量在90%左右。
助催化剂为K2O、Al2O3、CaO、MgO等，含量小于催化剂总质量的9%，低压催化剂还增加了CoO(A201等)。
其按作用不同分为两类，一类是结构型助剂，如Al2O3、Cr2O3、ZrO2、TiO2、MgO、CaO、SiO2等难熔氧化物。
另一类是电子型助剂，如K20。
每种类型助剂都有各自的最佳添加量，一般均在0.6%~1.0%范围。
1.2 物理结构氧化态催化剂主体是磁铁矿，其化学计量式是FeO.Fe2O3或Fe3O4。
晶体结构类似于尖晶石（MgAl2O4）的结构(90%以上是具有反尖晶石结构、不均匀复杂体系的磁铁矿)。
是四面体和八面体结构的堆积结果。
其中形成两种间隙：四面体间隙和八面体间隙。
三价的金属离子占据四面体间隙的一半和八面体间隙的一半，二价的铁离子占据八面体间隙（Fe3+（Fe2+，Fe3+））。
磁铁矿的一个单胞（晶体的最小结构单元）由32个氧离子和24个铁离子所组成，即8（Fe3O4）。
按结晶学原理，32个氧原子按照面心立方堆积的每一单胞，有64个四面体间隙和32个八面体间隙。
如上所述，除了24个被铁离子占据以外，其余大部分是空的，因此可加入助催化剂占据这些空隙形成间隙固溶体。
而且化学式相近的物质，结构类型相同且质点（离子、原子或分子）半径近于相等的物质，可以发生同晶取代，生成置换固溶体，例如三价铝即可置换部分三价铁，形成置换固溶体。
（含量小于4%时主要生成置换固溶体。
若三氧化二铝全部取代氧化铁则生成FeOAl2O3）1.3 化学特点铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 ℃左右进行的重要原因之一。
但是，即使是在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只为26.4%，即转化率仍不够大。
合成氨催化剂
合成氨催化剂简述合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
作为化学工业的支柱产业之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。
同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业，因此合成氨工艺和催化剂的改进对降低能耗、提高经济效益有着巨大影响。
我国合成氨催化剂发展十分迅速，目前合成氨催化剂主要类型是铁基催化剂，同时对钌基催化剂也有所研究。
1 铁基合成氨催化剂铁基合成氨催化剂价格低、稳定性好，制备时通常采用用熔融法，主要的原料是利用磁铁矿和铁，另外添加不同类的助剂化合物，再用电阻炉将其熔炼，后冷却、破碎筛分，最终形成不同颗粒大小的铁催化剂。
早在合成氨催化剂研究的初期，研究人员就发现用天然磁铁矿还原得到的催化剂效率远优于其它铁化合物。
随后根据纯铁催化剂的活性与还原前氧化度之间的关系，通过大量实验发现铁比值与熔铁基合成氨催化剂的性能有着密切的关系。
通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高。
到目前为止，世界上所有工业氨合成铁催化剂，无一例外，其主要化学组成都是Fe3O4。
2钌基合成氨催化剂钌基合成氨催化剂也被称为第二代氨合成催化剂，它是一类新型负载型催化剂。
在我国的研究较晚，目前的工业投入刚处于起步阶段。
其制备不同于传统的铁催化剂，通常选择适当的母体化合物，添加某种促进剂，采用浸渍法负载在载体上，经一定条件还原活化处理后，转化成活性组分。
催化剂中母体化合物、载体、促进剂对所制备的催化剂的活性具有很大影响。
经历了近—个世纪的研究，合成氨催化剂技术可以说已相当成熟，但是传统的熔铁催化剂不符合低能耗的发展趋势，而钌基合成氨催化剂的价格昂贵，又不容易普及。
作为世界人口最多的农业大国和世界最大产氨国，合成氨工业对于我国国民经济的发展具有重要的战略和现实意义。
虽然国内对铁基催化剂的研究方面投入了大量的人力物力，但钌基合成氨催化剂的研究方面起步较晚，对于催化剂的作用机理也未进行深入研究，与国际先进水平的差距较大，这与我国是最大的产氨大国极不相称，因此我们合成氨这种高能耗产业的节能降耗还很漫长。
合成氨催化剂
为3d64s2, 钌原子的电子构型为4d75s1, 钌 原子的次外层d 电子, 不仅比铁原子上的 多, 而且离核更远, 受内层电子的屏蔽更 大, 也就是说, 钌原子上的d 电子受原子核 的束缚更小。 在CO 和金属的相互作用中, B lyhoder 设 想, 从CO 分子的5R轨道上提供部分电子 到未满的金属d 轨道, 同时, 从d 轨道上反 馈电子至CO 的2P3 (反键) 轨道, 从而导致 了CO键的削弱。N2 与CO 是等电子分子, 同样的道理, Ru 对N - N 键也有类似的作 用。
的研究，发现对氨合成有活性的一系列金 属为Os，U，Fe，Mo，Mn，W等，其中一 铁为主体的铁系催化剂，因其价廉易得、 活性良好、使用寿命长等特点，在合成氨 工艺中被广泛使用。 大多数铁系催化剂都是用经过精选 的天然磁铁矿通过熔融法制备的， 习惯称熔铁催化剂。
铁系催化剂活性组分为金属铁。
未还原前为FeO和Fe2O3，其 中FeO质量分数24%~38%，亚 铁离子与铁离子的比值约为 0.5，一般在0.47~0.57之间， 成分可视为Fe3O4，具有尖晶 石结构。
各种钌系氨合成催化剂的动力学参数
表中钌系氨合成催化剂在动力学上可分为三类:
(A ) 无载体的催化剂(Ru粉， Ru2CsOH ) ; (B)无 促进剂的负载型催化剂(Ru/Al2O3, Ru/MgO ) ;(C) 氢氧化铯促进的负载型催化剂 (Ru-CsOH/Al2O3, Ru-CsOH/MgO )。
有学者分别以氯化镍为原料,
氢氧化钠为沉淀剂和以硝酸 镍为原料,碳酸氢铵为沉淀剂, 用液相化学沉淀法制备出了 18 nm和7 nm的NiO微粒。
3.5 纳米氧化锌
ZnO是合成氨工业中烃类蒸气转 化脱硫工序和低变(防护)工序催化 剂的活性组分。
合成氨催化剂（范文2篇）
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合成氨催化剂（1）合成氨催化剂摘要：合成氨是重要的化工原料，合成氨工业是化学工业的支柱产业。
合成氨工艺主要是对催化剂的研究，文章对合成氨催化剂作研究进展概述，提出了对合成氨催化剂发展的建议。
关键词：合成氨催化剂发展合成氨是重要的化工原料。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12%。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料。
液氨常用作制冷剂。
合成氨工业在国民经济中占有重要地位, 合成氨是一个大吨位、高能耗、低效益的产业。
因此, 合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗, 提高经济效益产生巨大的影响。
开发低温高活性的新型催化剂, 降低反应温度, 提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨, 一直是合成氨工业的追逐目标。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
至今仍没有开发出与其低压高活性相匹配的低压合成工艺，因此，以催化剂为核心技术，通过对催化剂的深入研究，以提高合成氨工业的综合效益。
1、催化剂合成氨的反应机理热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。
当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。
目前认为，合成氨反应的一种可能机理，首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱。
接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。
上述反应途径可简单地表示为：xFe+N2→FexNFexN+[H]吸→FexNHFexNH+[H]吸→FexNH2FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3在无催化剂时，氨的合成反应的活化能很高，大约335kJ/mol。
DNCA型氨合成催化剂应用总结
DNCA型氨合成催化剂应用总结山东华鲁恒升化工股份有限公司是年产18万t合成氨，30万t尿素的中型氮肥企业，现有2套合成装置，其中1#合成系统采用φ1 000mm塔，2#合成系统采用φ1 000mm塔串φ800mm塔，两塔均为对向流动单管并流内件。
1999年10月，1#合成系统使用3.3～4.7mmDNCA型催化剂16.35t，使用效果良好。
2000年5月和2001年5月，2#合成系统的φ800mm塔和φ1000mm塔也开始使用该催化剂。
从使用情况可以看出，DNCA 型催化剂具有易还原、还原温度低、出水快、产量高、低温活性好等特点。
现将DNCA型氨合成催化剂使用情况总结如下。
1 1#合成系统工艺流程及设备配置1.1 工艺流程1#合成系统工艺流程见图1。
压缩机六段新鲜气经压进阀控制进入滤油器，分离油水后进入补充气氨冷器，其出口气体与循环气氨冷器的出口气体汇合后进入冷交底部(冷交2入)，气体中冷凝下来的液氨在冷交下部分离器分离后送往球罐。
分离液氨后的气体在冷交内上升至上部换热器管间，换热后气体升温至25～40℃，出冷交二出后分2路进入合成塔。
一路由塔顶主线进入；另一路由塔底副线进入。
主线气体沿内筒与外筒间环隙下行，带走内筒热量，控制塔壁温度小于100℃，一出气体温度约50℃，进入塔外热交换器(热交)沿内外筒环隙下行至底部，由内件环隙缺口进入换热器管间向上流动，由热交上部出口导出进入合成塔二入，经合成塔下部换热器的下部环形缺口进入换热器管间换热至300～320℃，出换热器进入中心管与不经换热器的副线冷气体会合后，沿中心管上行至触媒筐顶部分气盒。
此时，一部分气体进入上段触媒冷管导气管，下行进入冷管内，升温至400℃左右，再下行经出口导气管进入下段触媒层进行氨合成反应；另一部分气体沿导气管下行进入下段触媒层冷管，上行升温至400℃左右，经出口导气管进入上段触媒层进行氨合成反应。
两部分气体经过氨合成反应后相对流动至内件中部菱形集气盒汇合，沿中心管的外层套管下行进入下部换热器管内与管外冷气换热，温度由460℃～420℃降至270℃～320℃，由合成塔二出进入中锅回收合成反应热量，温度降至180℃～220℃左右，再进入水加热器进一步降温至110℃～165℃，出水加热器进入热交顶部三通侧面进入换热器管内下行与管间冷气换热后温度降至50℃～70℃，从下部二出进入水冷器，温度降至30℃左右后进入氨分离器，分离液氨后进入透平机进行加压。
氨合成催化剂(二)
氨合成催化剂（二）2003年2月28日Nitrogen & Methanol1985年以后在这最后的时期内，合成氨方面的技术继续向前发展，经过一些改进之后也建起了规模更大的工厂。
每吨氨生产的能量消耗也已降到了28GJ。
然而，在原来的发展方向上也出现了明显的偏离。
一种铁钴催化剂经过ICI公司的AMV工艺中测试后引入了本公司的LCA流程，LCA工艺中合成内件的操作压力为80巴。
在1992年，第一个无铁的氨合成催化剂由Kellogg公司应用在它的KAAP（Kellogg 高级氨合成工艺）工艺中。
这种钌催化剂以一种石墨化的碳作为载体，据说它的活性是传统的、熔铁催化剂的10-20倍。
在反应中，这种催化剂具有不同的动力学特征，内件可在低于化学计量的H/N比及约90巴压力下操作。
合成催化剂发展有好几篇综述都详细地描述了氨合成催化剂的近况。
从这些综述可看出，尽管研究者们进行了广泛的努力，但自从Haber和Mittasch的研究之后，几乎没有高活性的催化剂被发现，因此熔铁催化剂仍是目前唯一在合成氨工业上得到广泛应用的催化剂。
它具有高内在活性即每个活性点位上的高活性、长使用寿命、和高密度，除了这些优点之外，它最公认的优点是价格便宜。
尽管熔铁催化剂有很多优点，但人们一直在努力开发新型的催化剂，并对无铁类催化剂产生了浓厚的兴趣。
七、八十年代开始，日本研究者积极地寻求开发钌基催化剂。
继在ICI AMV和LCA工艺中推出铁-钴系催化剂后，最近，在KAAP工艺中采用的以碳为载体的钌催化剂已推动了氨合成催化剂的发展。
完全不含铁、不含钌的催化剂，如Cs/Co3Mo3N催化剂，它的活性介于熔铁类和钌系催化剂之间，比钌系催化剂活性低。
图1（略）针对5%的Cs/Co3Mo3N 催化剂、KM1R（托普索的熔铁催化剂）、以碳为载体的含钡6%、含钌6.7%的催化剂在H2、N2比各为3：1和1：1的工艺条件下作了对比。
从图中可看出，Cs/Co3Mo3N的动力学特征介于熔铁和钌基催化剂之间，但它在600℃空气中焚烧时可再生成氧化性的粒子。
合成氨催化剂的研究进展及展望
合成氨催化剂的研究进展及展望一、引言合成氨是现代化学工业的重要支柱之一,广泛应用于农业生产、化工、医药等领域。
自1909年Haber和BoSCh首次成功实现合成氨工业化以来,合成氨技术经历了多次改进和优化。
其中，催化剂的研究与改进是提高合成氨效率和降低能耗的关键因素。
本文将简要介绍合成氨催化剂的研究状况，着重概述近几年来铁基催化剂、铝土基催化剂、钉基催化剂的最新研究进展，并从绿色化学和工业应用的角度出发，对合成氨催化剂的发展进行展望。
二、铁基催化剂的研究进展铁基催化剂在合成氨工业中具有广泛应用，其研究主要集中在提高催化剂活性、稳定性和选择性等方面。
近年来，科研工作者通过改进催化剂制备方法、优化催化剂结构、添加助剂等方法，提高了铁基催化剂的性能。
例如，采用溶胶-凝胶法制备的Fe-ZSM-5复合催化剂具有较高的活性和稳定性，且对H2/N2比值要求较低。
此外，一些研究者还发现，通过调节助剂的种类和含量，可以实现对催化剂性能的有效调控。
三、铝土基催化剂的研究进展铝土基催化剂是一种以氧化铝为载体、活性组分为过渡金属的催化剂。
近年来，铝土基催化剂的研究主要集中在提高其抗硫中毒能力和降低成本等方面。
一些研究者通过改进催化剂制备方法、优化载体的结构和性质、添加助剂等方法，提高了铝土基催化剂的性能。
例如，采用高岭土为载体制备的Co∕A1203催化剂具有较高的活性和稳定性，且对H2/N2比值要求较低。
此外，一些研究者还发现，通过调节助剂的种类和含量，可以实现对催化剂性能的有效调控。
四、钉基催化剂的研究进展钉基催化剂是一种具有高活性和高选择性的合成氨催化剂。
近年来，钉基催化剂的研究主要集中在提高其稳定性和降低成本等方面。
一些研究者通过改进催化剂制备方法、优化活性组分的结构和性质、添加助剂等方法，提高了钉基催化剂的性能。
例如，采用溶胶-凝胶法制备的Ru/C催化剂具有较高的活性和稳定性，且对H2/N2比值要求较低。
此外，一些研究者还发现，通过调节助剂的种类和含量，可以实现对催化剂性能的有效调控。
合成氨催化剂
合成氨是重要的化工原料，主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱等。
作为化学工业的支柱产业之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位，与此同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业。
因而，合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗，提高经济效益产生巨大的影响。
开发低温高活性的新型催化剂，降低反应温度，提高氨的平衡转化率和单程转化率或实现低压合成氨，一直是合成氨工业的追逐目标。
钌基催化剂的发明、铁基催化剂体系的创立和三元氮化物催化剂的问世无不凝聚了几代科研工作者的心血。
文章就对合成氨催化剂多年来的国内外的研究进行了综合评述，结合笔者对各种文献的研究和个人多年的工作经验对合成氨催化剂未来发展方向提出了个人观点，并对其广泛和良好的发展前景进行了展望。
一、国外合成氨催化剂研究20世纪初，Harber和Mittasch等开发成功了铁基合成氨催化剂之后，人们始终没有停止过对合成氨催化剂的研究与开发，直到今天这种研究还在不断继续。
Almquist等研究了纯铁催化剂的活性与氧化度（还原前）的关系，发现Fe2+/Fe3+摩尔比接近0.5，组成接近Fe3O4相的样品具有最高的活性。
Bridger 等进一步研究了Al2O3-K2O双助催化剂型铁催化剂，在10.13MPa，450℃，空速1×104h-1的条件下，也得到摩尔比0.52时转化效率最高的相同结果。
1979年，英国ICI公司率先添加氧化钴助进剂，成功研制出Fe2Co催化剂，使活性有一定提高，并成功应用于ICI2AMV工艺。
20世纪30年代，Zenghelis和Stathis首次报道了钌的合成氨催化活性，但在当时钌的催化活性不如铁。
直到1972年，Aika等发现，以钌为活性组分、以金属钾为促进剂、以活性碳为载体的催化剂对合成氨有很高的活性，其活化能达到69.1kJ/mol，从而开创了钌催化剂研究的先河。
随后，各国的学者，投入大量的精力研制钌基催化剂以取代传统的铁基催化剂。
氨合成催化剂综述
总结
低耗能的优点，引起了人们的广泛关注，但这些 技术还很不成熟，要想大规模的工业化还需要深 入研究。但是我们相信随着新技术的不断地发展, 新材料的不断涌现,生物质技术的研发,高性能的 合成氨催化剂必将制备出来。随着机械制造工艺 的发展与工艺流程的进一步完善，氨合成工艺也 相应地不断有所改善。相信氨合成工艺将有一个 美好的明天。
含稀土元素 的合成氨催化剂 在大型化肥厂的 使用还不多，在 中型化肥厂的使 用占11.4%。
铁锰催化剂
• 用Mn2+离子浸渍修饰工业A110-3催化剂，在 300℃，2.1MPa条件下，其活性比原工业A110-3 催化剂提高了17.4%，这为研制低温高活性氨合 成催化剂提供了一些有效信息
02
PART TWO
纳米氧化铜
CuO是合成氨变换工序低变 催化剂的活性组分。 有学者以硝酸铜和碳酸 钠为原料,用沉淀法制备出了 5-9nm的CuO微粒。
纳米NiO
NiO是合成氨工业中烃类蒸气转化制气工和热 法精炼甲烷化工序催化剂的活性组分。
纳米氧化锌
ZnO是合成氨工业中烃类蒸气转 化脱硫工序和低变(防护)工序催化 剂的活性组分。
自1991年以来,许多学者相继 以锌盐为原料,用各种方法制备出 了粒径8-100 nm的ZnO微粒成都汇 丰化工厂、江苏常泰化工集团等企 业还投入了一定规模的生产。
当前，合成氨工业多采用铁基催化剂，但催 化剂存在使用条件苛刻（需高温、高压）、活性 较低、耗能高，单程转化率低、危害环境等缺点。 而新型催化剂如钌基催化剂、铝土基催化剂、纳 米型催化剂、金属氮化物催化剂等，具有高活性、
纳米催化剂
目前合成氨纳米催化剂主要有： 1.纳米四氧化三铁 2.纳米三氧化二铁 3.纳米氧化铜 4.3O4是合成氨工业中合成工序催化剂的 性组分,现有许多学者对纳米Fe3O4的制备进 了研究。
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含稀土元素 的合成氨催化剂 在大型化肥厂的 使用还不多，在 中型化肥厂的使 用占11.4%。
铁锰催化剂
• 用Mn2+离子浸渍修饰工业A110-3催化剂，在 300℃，2.1MPa条件下，其活性比原工业A110-3 催化剂提高了17.4%，这为研制低温高活性氨合 成催化剂提供了一些有效信息
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PART TWO
纳米催化剂
目前合成氨纳米催化剂主要有： 1.纳米四氧化三铁 2.纳米三氧化二铁 3.纳米氧化铜 4.纳米氧化镍 5.纳米氧化锌
纳米四氧化三铁
Fe3O4是合成氨工业中合成工序催化剂的 性组分,现有许多学者对纳米Fe3O4的制备进 了研究。
纳米三氧化二铁
Fe2O3是合成氨变换工序中变催化剂的活性组分。有 学者利用金属离子在高分子配合物中独特的离子簇结 构,以高分子材料为介质,通过化学氧化和还原的方法 制备出了粒径20-200nm 的Fe2O3微粒。
CONTENT
01
02 03 04
铁基催化剂
钌基催化剂 活性铝土石催化剂
纳米催化剂、过渡金属氮化 物催化剂等
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01
PART ONE
铁基催化剂
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Lorem ipsum
传统熔铁型催化剂
铁-钴型催化剂
亚铁型催化剂
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稀土作助剂的催化剂
铁锰催化剂
传统熔铁型催化剂
• 传统熔铁型催化剂主要由磁铁矿组成,加入不同 的助剂(如Al2O3、K2O、CaO、MgO、BaO等)构成 了一系列不同型号的催化剂。
氨合成催化剂的综述
李宁、余海峰 陈倩云 13化工三班
实际背景
合成氨是重要的化工原料,主要用来生产化肥、硝酸、铵盐、纯碱 等。作为化学工业的支柱产业之一,合成氨工业在国民经济中占有重要 地位,与此同时合成氨也是一个大吨位、高能耗、低效益的产业。因而, 合成氨工艺和催化剂的改进将对降低能耗,提高经济效益产生巨大的影 响。开发低温高活性的新型催化剂,降低反应温度,提高氨的平衡转化率 和单程转化率或实现低压合成氨,一直是合成氨工业的变 催化剂的活性组分。 有学者以硝酸铜和碳酸 钠为原料,用沉淀法制备出了 5-9nm的CuO微粒。
纳米NiO
NiO是合成氨工业中烃类蒸气转化制气工和热 法精炼甲烷化工序催化剂的活性组分。
纳米氧化锌
ZnO是合成氨工业中烃类蒸气转 化脱硫工序和低变(防护)工序催化 剂的活性组分。
铁-钴型催化剂
• 王文祥等人以Fe3(Co)12为母体,以活性氧化铝或活 性炭为载体制备了负载型氨合成催化剂。在 15MPa、400℃以上表现出很高活性,但低温、常 压下几乎无活性。
XH 型 铁 钴 催 化 剂
亚铁型催化剂
• FeO具有化学非整比性、氧化性和亚稳定性。在 常温下FeO的氧化反应和歧化反应速度很缓慢。 含多种助剂的Fe1-XO基催化剂在动力学上是稳定 的,母体中只有一种铁氧化物(Fe1-XO)和一种晶体 结构(Wustite),只有维氏体单独存在于催化剂中时 才具有高活性。
总结
低耗能的优点，引起了人们的广泛关注，但这些 技术还很不成熟，要想大规模的工业化还需要深 入研究。但是我们相信随着新技术的不断地发展, 新材料的不断涌现,生物质技术的研发,高性能的 合成氨催化剂必将制备出来。随着机械制造工艺 的发展与工艺流程的进一步完善，氨合成工艺也 相应地不断有所改善。相信氨合成工艺将有一个 美好的明天。
THANK THANK YOU
自1991年以来,许多学者相继 以锌盐为原料,用各种方法制备出 了粒径8-100 nm的ZnO微粒成都汇 丰化工厂、江苏常泰化工集团等企 业还投入了一定规模的生产。
当前，合成氨工业多采用铁基催化剂，但催 化剂存在使用条件苛刻（需高温、高压）、活性 较低、耗能高，单程转化率低、危害环境等缺点。 而新型催化剂如钌基催化剂、铝土基催化剂、纳 米型催化剂、金属氮化物催化剂等，具有高活性、
氧化态催化剂XRD 谱图
稀土做助剂的催化剂
• 铁基合成氨催化剂添加稀土金属后， 如CeO2，它富集于催化剂表面，经还原 后与Fe形成Ce2Fe金属化物，能促进Fe 向N2 输出电子，加速氮的活性吸附， 大大提高了催化剂的活性；Ce由界面向 基体迁移速度比K缓慢，使得Ce比K能更 长时间保留在界面，继续发挥其促进活 性的作用，保证催化剂具有更长的使用 寿命。