《工業(yè)催化基礎(chǔ)》講義課件

1、工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 一、各種沉淀法1、單組分沉淀法 如 Al2O3、MgO等的制備。 2、多組分沉淀法（共沉淀法） 兩個(gè)或兩個(gè)以上催化劑組分同時(shí)沉淀，如Cu-ZnO系催化劑的制備。3、均勻沉淀法 該法首先使待沉淀溶液與沉淀劑母體充分混合，造成一個(gè)十分均勻的體系，然后調(diào)節(jié)溫度，逐步提高 pH 值，或在體系中逐漸生成沉淀劑等方法，創(chuàng)造形成沉淀的條件，使沉淀緩慢進(jìn)行，以制得顆粒十分均勻的固體。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 2工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 3工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 4、浸漬沉淀法 將鹽溶液浸漬到載體后，再加沉淀劑，使待沉淀組分沉積在載體上，

2、制成催化劑。 5、導(dǎo)晶沉淀法 借助晶化導(dǎo)向劑（晶種），引導(dǎo)非晶型沉淀轉(zhuǎn)化為晶型沉淀的有效方法。如以水玻璃為原料制高硅鈉型分子篩等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 4工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 6、超均勻共沉淀法 前面的方法形成沉淀時(shí)，存在時(shí)間差或空間差。要避免這種差異，可采用超均勻共沉淀法。 基本原理：首先制成鹽溶液的懸浮層，并將這些懸浮層（一般為23層）立即瞬間混合成為過飽和的均勻溶液，然后由過飽和溶液得到超均勻的沉淀物?？梢姵恋磉^程中可大大減小時(shí)間差和空間差，因此，可以形成超均勻沉淀物。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 5工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 二、沉淀法操作的技術(shù)要點(diǎn)11、金屬鹽類和沉

3、淀劑選擇的一般原則：（1）盡量選擇溶解度大的金屬鹽；（2）盡可能使用易分解揮發(fā)的沉淀劑；（3）形成的沉淀物必須便于過濾和洗滌。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 6工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第一節(jié) 沉淀法 2、沉淀形成的影響因素：（1）濃度；（2）溫度；（3）pH值；（4）加料方式和攪拌強(qiáng)度。3、沉淀的成化和洗滌 沉淀在其形成之后發(fā)生的一切不可逆變化，稱為沉淀的陳化（熟化）。 洗滌的主要目的是除去沉淀中的雜質(zhì)。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 7工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第二節(jié) 浸漬法 一、浸漬法的工藝1、工藝流程 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 8催化劑載體催化劑活性組分浸漬干燥焙燒負(fù)載型催化劑工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第二節(jié) 浸漬法 2、

4、優(yōu)點(diǎn)（1）活性組分用量少（僅分布在載體表面）；（2）載體的選擇余地大；（3）省去催化劑成型步驟。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 9工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第二節(jié) 浸漬法 二、各種浸漬法1、過量浸漬法； 將載體浸入過量的浸漬液中，待吸附平衡后，瀝去多余液體，干燥、焙燒后得催化劑成品。 2、等體積浸漬法； 將載體與它正好可吸附體積的浸漬液混合，然后干燥、焙燒，得催化劑。該法能精確調(diào)節(jié)負(fù)載量。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 10/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第二節(jié) 浸漬法 3、多次浸漬法； 經(jīng)重復(fù)多次浸漬、干燥、焙燒過程，制得催化劑。適合于制備高負(fù)載量的催化劑，或浸漬物的溶解度很小的負(fù)載型催化劑的制備。 4、浸漬沉淀法；

5、先浸漬而后沉淀的制備方法。適合于貴金屬浸漬型催化劑的制備。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 11/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第二節(jié) 浸漬法 5、流化噴灑浸漬法； 將浸漬溶液直接噴灑到反應(yīng)器中處于流化狀態(tài)的載體上，完成浸漬后，接著進(jìn)行干燥和焙燒，即可制得細(xì)粉狀流化床催化劑。 6、蒸發(fā)浸漬法. 借助浸漬化合物的揮發(fā)性，以蒸氣的形態(tài)將其負(fù)載到載體上，即可制得催化劑。如采用SbF5蒸氣制備SbF5/SiO2-Al2O3 超強(qiáng)酸催化劑等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 12/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第三節(jié) 溶膠凝膠法（Sol-gel法） 一、基本原理： 膠體是多相體系，在穩(wěn)定的膠體溶液中，減少膠體質(zhì)點(diǎn)所帶的電荷，膠體質(zhì)點(diǎn)就

6、會(huì)相互結(jié)合，這種結(jié)合稱為凝結(jié)，這是溶膠凝膠法制備催化劑的基礎(chǔ)。加入電解質(zhì)是使膠體溶液凝結(jié)的重要方法。將這種凝結(jié)的膠體經(jīng)過熟化、洗滌、干燥、焙燒，即可制成催化劑。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 13/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第三節(jié) 溶膠凝膠法（Sol-gel法） 二、膠體溶液常用的制備方法 1、分散法：將大塊的原料用膠體磨粉碎成膠體體系。 2、凝聚法：將細(xì)小的質(zhì)點(diǎn)結(jié)合成所需大小的膠體。有物理凝聚法和化學(xué)凝聚法兩種。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 14/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第三節(jié) 溶膠凝膠法（Sol-gel法） 三、催化劑的制備： 膠體溶液制備 膠凝 熟化 洗滌 干燥 焙燒。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 15/

7、30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第三節(jié) 溶膠凝膠法（Sol-gel法） 四、溶膠凝膠法的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)：（1）可制高均勻、高比表面積的催化材料；（2）較容易控制孔徑和孔徑分布；（3）較容易控制催化活性組分的組成；2、缺點(diǎn)：（1）制備溶膠常用金屬有機(jī)物，價(jià)格較貴；（2）制備工藝復(fù)雜；（3）影響膠凝的因素較多，操作控制較嚴(yán)格。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 16/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第四節(jié) 混合法 混合法是工業(yè)上制造多組分催化劑最簡單的方法。其原理就是將組成催化劑的各組分以粉狀粒子的形態(tài)，在球磨機(jī)或碾合機(jī)內(nèi)邊磨細(xì)、邊混合，使各組分粒子之間盡可能均勻分散，保證催化劑主劑與助劑及載體的充分混合，然后制成催化劑。有以下

8、兩種制備方法： 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 17/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第四節(jié) 混合法 一、干混合法 將催化劑活性組分、助催化劑、載體、膠粘劑、造孔劑等放在混合器中，在干的狀態(tài)下混合均勻，然后成型、干燥、焙燒，即可制得催化劑。二、濕混合法 活性組分往往以沉淀鹽或氫氧化物的形式，加上助催化劑、載體、膠粘劑等進(jìn)行濕式碾合，然后進(jìn)行擠條、干燥、焙燒，即可制得催化劑。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 18/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第四節(jié) 混合法 三、混合法的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：方法簡單，生產(chǎn)量大，成本低； 缺點(diǎn)：催化劑的活性、熱穩(wěn)定性都較差。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 19/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第五節(jié) 離子交換法 利用

9、離子交換反應(yīng)作為催化劑制備主要工序的方法稱為離子交換法。其原理是采用離子交換劑作為載體，引入陽離子活性組分而制成一種高分散、大比表面、均勻分布的金屬離子催化劑或負(fù)載型金屬催化劑。 在離子交換法中，關(guān)鍵工藝是離子交換劑的制備。通常的離子交換劑有：無機(jī)離子交換劑、有機(jī)強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂、有機(jī)強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂等。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 20/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第五節(jié) 離子交換法 一、由無機(jī)離子交換劑制備催化劑（分子篩上金屬離子的交換）1、分子篩的制備：成膠 結(jié)晶 洗滌 干燥 焙燒。2、分子篩上的離子交換： 離子交換的順序表（置換能力由大到?。?工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 21/304AA

10、g+, Cu2+, Al3+, Zn2+, Sr2+, Ba2+, Ca2+, Co2+, Au3+, K+,Na+ *, Ni2+, NH4+, Cd2+, Hg2+, Li+, Mg2+13XAg+, Cu2+, H+, Ba2+, Al3+, Sr2+, Hg2+, Cd2+, Zn2+, Ni2+, Ca2+, Co2+, NH4+, K+, Au3+, Na+*, Mg2+, Li+* 表示常見的Na型分子篩形態(tài)工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第五節(jié) 離子交換法 二、由離子交換樹脂制備催化劑1、離子交換樹脂骨架：聚苯乙烯，聚丙稀酸等高聚物。 骨架中含有作為陽離子交換基團(tuán)的SO3H，稱為強(qiáng)酸性陽離子交

11、換樹脂，（含有COOH稱為弱酸性陽離子交換樹脂）； 骨架中含有作為陰離子交換基團(tuán)的季胺基，稱為強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。 將離子交換樹脂在水溶液中進(jìn)行離子交換，即可制備離子交換樹脂催化劑。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 22/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第五節(jié) 離子交換法 2、優(yōu)點(diǎn)（1）有固定的孔結(jié)構(gòu)，體積受溶劑的影響較?。唬?）酸堿等活性位在內(nèi)部，可避免反應(yīng)器的腐蝕；（3）適用于氣液相反應(yīng)及非水體系。3、缺點(diǎn)（1）熱穩(wěn)定性差，一般強(qiáng)酸型 120 ，強(qiáng)堿型 60 ；（2）耐磨性差，機(jī)械強(qiáng)度低；（3）價(jià)格較貴。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 23/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第六節(jié) 熱熔融法 熱熔融法是制備某些催化劑較特殊

12、的方法。適合于少數(shù)必須經(jīng)熔煉過程的催化劑。 特點(diǎn)是在熔融溫度下，催化劑各個(gè)組分熔煉成為均勻分布的混合物固溶體晶格間的高度分散狀態(tài)。同時(shí)，催化劑具有高的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、壽命和特殊的活性。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 24/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第六節(jié) 熱熔融法 一、合成氨熔鐵催化劑 組成：Fe2O3：66%； FeO：31% ；K2O：1%； Al2O3 ：1.8%。二、骨架鎳(Raney Ni)、鈷、銅催化劑 其合金中的Al用堿等溶掉后，形成海綿狀金屬催化劑。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 25/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第七節(jié) 固體催化劑的成型 一、壓片成型 常用用壓片機(jī)壓片成型。二、擠條成型 常用擠條機(jī)

13、擠出成型。三、油中成型 常用于生產(chǎn)高純度氧化鋁、硅膠小球。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 26/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第七節(jié) 固體催化劑的成型 四、噴霧成型 用噴霧干燥的原理制備粉體催化劑。五、轉(zhuǎn)動(dòng)成型 在旋轉(zhuǎn)盤中轉(zhuǎn)動(dòng)長大成球狀催化劑。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 27/30工業(yè)催化基礎(chǔ)講義第八節(jié) 催化劑的干燥與焙燒 一、干燥過程 干燥過程是較低溫度下的熱處理，有以下幾個(gè)階段： 1、初期階段：孔隙物質(zhì)表面受內(nèi)部伸張而產(chǎn)生張應(yīng)力，而內(nèi)部各層卻受到表面的壓縮而產(chǎn)生壓應(yīng)力； 2、中間階段：內(nèi)部張應(yīng)力和外部壓應(yīng)力平衡； 3、終了階段：與初期階段相反，外部受壓應(yīng)力而內(nèi)部受張應(yīng)力。 工業(yè)催化與反應(yīng)工程研究室 28/30工業(yè)催化基礎(chǔ)