工業(yè)催化 PPT概要

1、緒論緒論一、催化劑工程的研究內(nèi)容一、催化劑工程的研究內(nèi)容關(guān)于催化劑的工程問題關(guān)于催化劑的工程問題 催化劑的制造生產(chǎn)；催化劑的制造生產(chǎn)； 催化劑的評(píng)價(jià)測試；催化劑的評(píng)價(jià)測試； 催化劑的設(shè)計(jì)開發(fā)；催化劑的設(shè)計(jì)開發(fā)； 催化劑的操作使用催化劑的操作使用二、催化劑工程與其它學(xué)科的關(guān)系二、催化劑工程與其它學(xué)科的關(guān)系 催化劑工程立足于多學(xué)科的交界面上。如經(jīng)典的催化科催化劑工程立足于多學(xué)科的交界面上。如經(jīng)典的催化科學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程（主要研究工業(yè)反應(yīng)學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程（主要研究工業(yè)反應(yīng)器）、計(jì)算機(jī)應(yīng)用化學(xué)和表面物理化學(xué)等。器）、計(jì)算機(jī)應(yīng)用化學(xué)和表面物理化學(xué)等。第一章第一章 工業(yè)催化劑概述工

2、業(yè)催化劑概述1.1 催化劑在國計(jì)民生中的作用催化劑在國計(jì)民生中的作用 本節(jié)先概括催化劑的主要作用，然后以典型的工業(yè)過程本節(jié)先概括催化劑的主要作用，然后以典型的工業(yè)過程為例加以說明為例加以說明 一、一、 催化劑催化劑化學(xué)工業(yè)的基石化學(xué)工業(yè)的基石 催化劑是化學(xué)反應(yīng)的重要媒介物，是開發(fā)許多化工產(chǎn)品催化劑是化學(xué)反應(yīng)的重要媒介物，是開發(fā)許多化工產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵。與能源、材料和信息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)代社生產(chǎn)的關(guān)鍵。與能源、材料和信息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)代社會(huì)最大和最基本的三大支柱產(chǎn)業(yè)。而石油化學(xué)工業(yè)與其中會(huì)最大和最基本的三大支柱產(chǎn)業(yè)。而石油化學(xué)工業(yè)與其中的材料和能源關(guān)系密切，與國家的綜合國力和人民的生活的材料和能

3、源關(guān)系密切，與國家的綜合國力和人民的生活水平的高低關(guān)系甚大。水平的高低關(guān)系甚大。 催化劑應(yīng)用的廣泛性催化劑應(yīng)用的廣泛性 應(yīng)用催化劑具有很大的直接應(yīng)用催化劑具有很大的直接/間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益間接經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益總之，沒有催化劑，就沒有近代的化學(xué)工業(yè)，催化劑是化學(xué)總之，沒有催化劑，就沒有近代的化學(xué)工業(yè)，催化劑是化學(xué)工業(yè)的基石。工業(yè)的基石。 二、催化劑在各工業(yè)過程中的重要作用二、催化劑在各工業(yè)過程中的重要作用 合成氨及合成甲醇工業(yè)合成氨及合成甲醇工業(yè) 石油煉制及合成燃料工業(yè)石油煉制及合成燃料工業(yè) 無機(jī)化學(xué)工業(yè)無機(jī)化學(xué)工業(yè) 基本有機(jī)合成工業(yè)基本有機(jī)合成工業(yè) 三大合成工業(yè)三大合成工業(yè) 合成樹脂與塑

4、料、合成橡膠及合成纖維三大合成材料是石合成樹脂與塑料、合成橡膠及合成纖維三大合成材料是石油化工的最重要的三大下游產(chǎn)品，有廣泛的用途和巨大的油化工的最重要的三大下游產(chǎn)品，有廣泛的用途和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 精細(xì)化工及專用化學(xué)品工業(yè)精細(xì)化工及專用化學(xué)品工業(yè) 環(huán)境化學(xué)工業(yè)環(huán)境化學(xué)工業(yè)1.2 催化劑若干術(shù)語和基本概念催化劑若干術(shù)語和基本概念 本節(jié)介紹的內(nèi)容：催化劑的定義、特性、類型、組成；各本節(jié)介紹的內(nèi)容：催化劑的定義、特性、類型、組成；各種催化劑功能特點(diǎn)比較；新催化劑展望。種催化劑功能特點(diǎn)比較；新催化劑展望。一、一、 催化劑定義、特性、類型、組成催化劑定義、特性、類型、組成 催化劑和催化作用：

5、催化劑能加速化學(xué)反應(yīng)而本身不被消催化劑和催化作用：催化劑能加速化學(xué)反應(yīng)而本身不被消耗的物質(zhì)。催化作用是一種化學(xué)作用，是靠少量催化劑來耗的物質(zhì)。催化作用是一種化學(xué)作用，是靠少量催化劑來加速化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。加速化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。 催化劑的基本特性：加快反應(yīng)速度，但只能加速熱力學(xué)上催化劑的基本特性：加快反應(yīng)速度，但只能加速熱力學(xué)上可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；不能改變化學(xué)平衡的位置，故對(duì)正可能進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)；不能改變化學(xué)平衡的位置，故對(duì)正反應(yīng)有效的催化劑對(duì)逆反應(yīng)也有效；對(duì)反應(yīng)有選擇性；反應(yīng)有效的催化劑對(duì)逆反應(yīng)也有效；對(duì)反應(yīng)有選擇性； 催化劑的分類：目前工業(yè)上用的催化劑有催化劑的分類：目前工業(yè)上用的催化劑有200

6、0多種，有多種，有不同的分類方法，按工藝與工程特點(diǎn)分為多相固體催化劑、不同的分類方法，按工藝與工程特點(diǎn)分為多相固體催化劑、均相配合物催化劑和酶催化劑三類。均相配合物催化劑和酶催化劑三類。 催化劑的組成催化劑的組成 1）多相固體催化劑：以固）多相固體催化劑：以固-氣反應(yīng)為多，由金屬及其氧化氣反應(yīng)為多，由金屬及其氧化物、硫化物、復(fù)合氧化物、固體酸堿鹽等構(gòu)成，以無機(jī)物物、硫化物、復(fù)合氧化物、固體酸堿鹽等構(gòu)成，以無機(jī)物為基本材質(zhì)，根據(jù)它們的作用不同分為主催化劑、助催化為基本材質(zhì)，根據(jù)它們的作用不同分為主催化劑、助催化劑、載體等。劑、載體等。 作用作用多多相相催催化化劑劑主催化劑主催化劑催化作用催化作用

7、助催化劑助催化劑提高主催化劑的活性、選擇性、耐熱性、抗提高主催化劑的活性、選擇性、耐熱性、抗 毒性、機(jī)械強(qiáng)度和壽命等。又分結(jié)構(gòu)、電子和晶格毒性、機(jī)械強(qiáng)度和壽命等。又分結(jié)構(gòu)、電子和晶格缺陷助催化劑，見表缺陷助催化劑，見表1-15和和1-16載體載體提高表面積、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度，含量大于助催化提高表面積、耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度，含量大于助催化劑，是活性組分的分散劑、粘合劑和支載物，見表劑，是活性組分的分散劑、粘合劑和支載物，見表1-17穩(wěn)定劑、穩(wěn)定劑、抑制劑抑制劑穩(wěn)定劑與載體相似，抑制劑與助催化劑的作用相反，穩(wěn)定劑與載體相似，抑制劑與助催化劑的作用相反，見表見表1-18 2）均相配合物催化劑）均相配合物

8、催化劑 3）生物催化劑）生物催化劑二、各類催化劑功能特點(diǎn)比較二、各類催化劑功能特點(diǎn)比較 多相固體催化劑：應(yīng)用廣；易與反應(yīng)系統(tǒng)分離；催化過多相固體催化劑：應(yīng)用廣；易與反應(yīng)系統(tǒng)分離；催化過程易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量高；催化機(jī)理復(fù)雜。程易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量高；催化機(jī)理復(fù)雜。 均相配合物催化劑均相配合物催化劑: 催化機(jī)理易于研究和表征；活性大于催化機(jī)理易于研究和表征；活性大于多相催化劑；與反應(yīng)混合物分離困難；昂貴，中心離子多多相催化劑；與反應(yīng)混合物分離困難；昂貴，中心離子多為貴金屬；熱穩(wěn)定性較差，以致限制反應(yīng)溫度的提高，轉(zhuǎn)為貴金屬；熱穩(wěn)定性較差，以致限制反應(yīng)溫度的提高，轉(zhuǎn)化率低而催化劑耗損大；對(duì)金屬反應(yīng)器腐蝕

9、嚴(yán)重?；实投呋瘎┖膿p大；對(duì)金屬反應(yīng)器腐蝕嚴(yán)重。 生物催化劑：高效性（用量少，活性高）、高選擇性生物催化劑：高效性（用量少，活性高）、高選擇性（底物專一性，即每一種酶只能催化已知或一族特定底物（底物專一性，即每一種酶只能催化已知或一族特定底物的反應(yīng)；反應(yīng)專一性，即只能催化某種特定的反應(yīng)）、反的反應(yīng)；反應(yīng)專一性，即只能催化某種特定的反應(yīng)）、反應(yīng)條件溫和（常溫、常壓和接近中性的應(yīng)條件溫和（常溫、常壓和接近中性的PH下進(jìn)行）、自下進(jìn)行）、自動(dòng)調(diào)節(jié)活性（酶的活力受到多方面因素的控制，通過自動(dòng)動(dòng)調(diào)節(jié)活性（酶的活力受到多方面因素的控制，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)酶的活性和酶量，以滿足生命過程的各種需要）。調(diào)節(jié)酶的活性

10、和酶量，以滿足生命過程的各種需要）。 三、新型催化劑展望三、新型催化劑展望 酶的模擬與人工合成酶的模擬與人工合成 均相催化劑的負(fù)載化均相催化劑的負(fù)載化思考題思考題1.按工藝與工程特點(diǎn)將催化劑分為哪幾類；比較各類催化按工藝與工程特點(diǎn)將催化劑分為哪幾類；比較各類催化劑的性能特點(diǎn)；劑的性能特點(diǎn)；2.固體催化劑的主要成分及其作用；固體催化劑的主要成分及其作用；3.新型催化劑的發(fā)展方向。新型催化劑的發(fā)展方向。第二章第二章 工業(yè)催化劑的制造方法工業(yè)催化劑的制造方法 催化劑制造方法的意義催化劑制造方法的意義 催化劑與所有化工產(chǎn)品一樣，要研究其制備、性質(zhì)和應(yīng)用；催化劑與所有化工產(chǎn)品一樣，要研究其制備、性質(zhì)和應(yīng)

11、用；但在組成和物理結(jié)構(gòu)上不同于純化學(xué)品。工業(yè)催化劑的性但在組成和物理結(jié)構(gòu)上不同于純化學(xué)品。工業(yè)催化劑的性能主要取決于化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，即使組成相同，但若能主要取決于化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，即使組成相同，但若制法不同，催化劑結(jié)構(gòu)性能可能會(huì)有很大差異，如苯選擇制法不同，催化劑結(jié)構(gòu)性能可能會(huì)有很大差異，如苯選擇加氫制備環(huán)己烷的加氫制備環(huán)己烷的Ni/SiO2，以超均勻沉淀法制備，可以，以超均勻沉淀法制備，可以使反應(yīng)的選擇性和活性比用其它方法制得的更高?？梢姡狗磻?yīng)的選擇性和活性比用其它方法制得的更高?？梢姡呋瘎┑姆轮撇⒉蝗菀?，這正是催化劑發(fā)明的關(guān)鍵所在。催化劑的仿制并不容易，這正是催化劑發(fā)明的關(guān)鍵所在

12、?？梢哉f，催化劑制造技術(shù)的發(fā)明與創(chuàng)新可以說，催化劑制造技術(shù)的發(fā)明與創(chuàng)新 催化劑的發(fā)明催化劑的發(fā)明與創(chuàng)新與創(chuàng)新 化工產(chǎn)品的發(fā)明與創(chuàng)新?；ぎa(chǎn)品的發(fā)明與創(chuàng)新。 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容 主要介紹目前應(yīng)用最廣的多相催化劑的傳統(tǒng)制法，主要有主要介紹目前應(yīng)用最廣的多相催化劑的傳統(tǒng)制法，主要有沉淀法、浸漬法、混合法、離子交換法和熱熔融法等，還沉淀法、浸漬法、混合法、離子交換法和熱熔融法等，還有催化劑制造的各種新方法。有催化劑制造的各種新方法。2.1 沉淀法沉淀法 本節(jié)主要介紹內(nèi)容：沉淀法類型及基本操作要點(diǎn)（沉淀操本節(jié)主要介紹內(nèi)容：沉淀法類型及基本操作要點(diǎn)（沉淀操作實(shí)踐）；沉淀操作的原理（理論基礎(chǔ)）和技

13、術(shù)要點(diǎn)；沉作實(shí)踐）；沉淀操作的原理（理論基礎(chǔ)）和技術(shù)要點(diǎn)；沉淀法制備催化劑的實(shí)例。淀法制備催化劑的實(shí)例。 沉淀法是以沉淀操作為關(guān)鍵步驟，主要用于制備高含量沉淀法是以沉淀操作為關(guān)鍵步驟，主要用于制備高含量的非貴金屬、金屬氧化物和金屬鹽催化劑或載體。其基本的非貴金屬、金屬氧化物和金屬鹽催化劑或載體。其基本流程為：流程為：待沉淀離子沉淀劑沉淀洗滌、干燥、焙燒、研磨、成型、活化催化劑沉淀法基本流程一、一、 沉淀法類型及其操作要點(diǎn)沉淀法類型及其操作要點(diǎn) 有單組分沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法和超均勻沉淀法有單組分沉淀法、共沉淀法、均勻沉淀法和超均勻沉淀法 單組分沉淀法：沉淀劑與一種待沉淀溶液作用制備一組分

14、單組分沉淀法：沉淀劑與一種待沉淀溶液作用制備一組分沉淀物。如氧化鋁載體的制備反應(yīng)如下：沉淀物。如氧化鋁載體的制備反應(yīng)如下： Al3+ + OH- Al2O3nH2OAlO2- + H3O+ Al2O3nH2O 共沉淀法：兩個(gè)以上的組分同時(shí)沉淀。如低壓合成甲醇用共沉淀法：兩個(gè)以上的組分同時(shí)沉淀。如低壓合成甲醇用的三組分催化劑的三組分催化劑CuO-ZnO-Al2O3的制備：將這三種待沉的制備：將這三種待沉淀離子的硝酸鹽混合液與淀離子的硝酸鹽混合液與Na2CO3并流加入沉淀槽，在強(qiáng)并流加入沉淀槽，在強(qiáng)烈攪拌下，在恒定的溫度和近中性的條件下，形成三組分烈攪拌下，在恒定的溫度和近中性的條件下，形成三組分

15、沉淀。再經(jīng)過后續(xù)處理得三組分催化劑。沉淀。再經(jīng)過后續(xù)處理得三組分催化劑。 以上兩種方法的缺點(diǎn)：所得沉淀粒度大小和組分分布不均以上兩種方法的缺點(diǎn)：所得沉淀粒度大小和組分分布不均勻。因?yàn)樵诩恿线^程中沉淀先后形成，不可避免的存在時(shí)勻。因?yàn)樵诩恿线^程中沉淀先后形成，不可避免的存在時(shí)間差和空間差；反應(yīng)時(shí)間、間差和空間差；反應(yīng)時(shí)間、PH值、溫度、濃度也會(huì)有差值、溫度、濃度也會(huì)有差異。以下兩種方法在可以不同程度上克服這些缺點(diǎn)。異。以下兩種方法在可以不同程度上克服這些缺點(diǎn)。 均勻沉淀法：先將待沉淀的溶液與沉淀劑母體充分混合為均勻沉淀法：先將待沉淀的溶液與沉淀劑母體充分混合為十分均勻的體系，再改變條件，如調(diào)節(jié)溫

16、度和時(shí)間，逐漸十分均勻的體系，再改變條件，如調(diào)節(jié)溫度和時(shí)間，逐漸提高提高 PH，體系中逐漸生成沉淀劑，沉淀緩慢進(jìn)行，制得，體系中逐漸生成沉淀劑，沉淀緩慢進(jìn)行，制得顆粒均勻、比較純凈的沉淀物。如顆粒均勻、比較純凈的沉淀物。如Al(OH)3的制備。在鋁的制備。在鋁鹽溶液中加入尿素溶化混勻，再加熱到鹽溶液中加入尿素溶化混勻，再加熱到90100，此時(shí)，此時(shí)溶液中各處的尿素同時(shí)水解，釋放出溶液中各處的尿素同時(shí)水解，釋放出OH-，其反應(yīng)為：，其反應(yīng)為：(NH4)CO3+ 3H2O2NH4+ + 2OH- + CO2 Al3+ OH- Al(OH)3 超均勻沉淀法：先制成鹽溶液的懸浮層（超均勻沉淀法：先制成

17、鹽溶液的懸浮層（23層），再立層），再立即瞬間混合成過飽和的均勻溶液，從而得到超均勻的沉淀即瞬間混合成過飽和的均勻溶液，從而得到超均勻的沉淀物。如硅酸鎳催化劑的制備，順次將硅酸鈉溶液（密度物。如硅酸鎳催化劑的制備，順次將硅酸鈉溶液（密度0.0013 ）、）、20%的硝酸鈉溶液（密度的硝酸鈉溶液（密度0.0012 ）、含硝酸）、含硝酸鎳和硝酸的溶液鎳和硝酸的溶液(密度密度0.0011 )在容器中形成三層在容器中形成三層立即攪立即攪拌形成過飽和溶液拌形成過飽和溶液放置數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)，形成均勻的水放置數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)，形成均勻的水凝膠或膠凍凝膠或膠凍自母液分出自母液分出水洗、干燥、焙燒水洗、干燥、焙燒

18、催化劑先催化劑先驅(qū)物。驅(qū)物。二、沉淀操作的原理和技術(shù)要點(diǎn)二、沉淀操作的原理和技術(shù)要點(diǎn) 金屬鹽類和沉淀劑的選擇；沉淀形成的影響因素；金屬鹽類和沉淀劑的選擇；沉淀形成的影響因素； 金屬鹽和沉淀劑的選擇金屬鹽和沉淀劑的選擇 一般首選硝酸鹽提供催化劑所需要的陽離子；但金、鉑、一般首選硝酸鹽提供催化劑所需要的陽離子；但金、鉑、鈀、銥等貴金屬不溶于硝酸，可溶于王水，溶解后加熱驅(qū)鈀、銥等貴金屬不溶于硝酸，可溶于王水，溶解后加熱驅(qū)趕硝酸得相應(yīng)的氯化物，它們的濃鹽酸溶液即為氯金酸、趕硝酸得相應(yīng)的氯化物，它們的濃鹽酸溶液即為氯金酸、氯鉑酸、氯鈀酸、氯銥酸，以這種形式提供陽離子。氯鉑酸、氯鈀酸、氯銥酸，以這種形式提

19、供陽離子。 常用的沉淀劑：氨、氨水及碳酸銨等銨鹽。若允許有鈉離常用的沉淀劑：氨、氨水及碳酸銨等銨鹽。若允許有鈉離子，則可用子，則可用NaOH或或Na2CO 3 。 沉淀形成的影響因素：對(duì)晶形和非晶形沉淀，溫度、沉淀形成的影響因素：對(duì)晶形和非晶形沉淀，溫度、濃度等因素的影響不同，見下表。濃度等因素的影響不同，見下表。影影響響因因素素適宜的條件適宜的條件晶形沉淀晶形沉淀非晶形沉淀非晶形沉淀濃濃度度適當(dāng)稀的溶液中適當(dāng)稀的溶液中進(jìn)行，使沉淀顆進(jìn)行，使沉淀顆粒較大粒較大含有適當(dāng)電解質(zhì)的較濃含有適當(dāng)電解質(zhì)的較濃溶液中，使沉淀較緊密溶液中，使沉淀較緊密溫溫度度 較熱，較熱，7080攪攪拌拌加加料料沉淀劑在不

20、斷攪沉淀劑在不斷攪拌下緩慢地加入拌下緩慢地加入在不斷攪拌下迅速加入在不斷攪拌下迅速加入沉淀劑，使沉淀迅速析沉淀劑，使沉淀迅速析出出 此外，還有此外，還有PH的影響，因沉淀劑是堿性物質(zhì)，故沉淀物的影響，因沉淀劑是堿性物質(zhì)，故沉淀物的形成必然受的形成必然受PH影響，見影響，見45頁表頁表2-2形成各種氫氧化物沉形成各種氫氧化物沉淀的淀的PH。 為了避免共沉淀操作時(shí)，會(huì)得到不均勻的產(chǎn)物，可采用兩為了避免共沉淀操作時(shí)，會(huì)得到不均勻的產(chǎn)物，可采用兩種方法使沉淀同時(shí)生成：一是將兩種鹽溶液同時(shí)加入到沉種方法使沉淀同時(shí)生成：一是將兩種鹽溶液同時(shí)加入到沉淀劑中；二是把兩種原料分別溶解在酸性和堿性溶液中，淀劑中；

21、二是把兩種原料分別溶解在酸性和堿性溶液中，再將兩溶液混合，如氧化硅再將兩溶液混合，如氧化硅-氧化鋁的共沉淀可由硫酸鋁氧化鋁的共沉淀可由硫酸鋁和硅酸鈉的稀溶液混合制得。和硅酸鈉的稀溶液混合制得。三、沉淀的后處理三、沉淀的后處理 沉淀的陳化和洗滌沉淀的陳化和洗滌 1）陳化：沉淀形成后發(fā)生的一切不可逆變化叫沉淀的陳）陳化：沉淀形成后發(fā)生的一切不可逆變化叫沉淀的陳化，最簡單的操作是沉淀形成后不立即過濾，而是與母液化，最簡單的操作是沉淀形成后不立即過濾，而是與母液一起放置一段時(shí)間。一起放置一段時(shí)間。 對(duì)于非晶形沉淀不采用陳化，而晶形沉淀則需要。陳化的對(duì)于非晶形沉淀不采用陳化，而晶形沉淀則需要。陳化的作用

22、主要有：細(xì)晶體逐漸溶解，沉積于粗晶體上；孔隙結(jié)作用主要有：細(xì)晶體逐漸溶解，沉積于粗晶體上；孔隙結(jié)構(gòu)和表面積也相應(yīng)變化；沉淀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。構(gòu)和表面積也相應(yīng)變化；沉淀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定化。 2）洗滌：目的是除去沉淀中的雜質(zhì)。沉淀中混入雜質(zhì)的）洗滌：目的是除去沉淀中的雜質(zhì)。沉淀中混入雜質(zhì)的原因主要有表面吸附、形成混晶和機(jī)械包裹。洗滌液為純?cè)蛑饕斜砻嫖健⑿纬苫炀Ш蜋C(jī)械包裹。洗滌液為純水，包括去離子水和蒸餾水。水，包括去離子水和蒸餾水。 干燥、焙燒和活化干燥、焙燒和活化 1）干燥：用加熱的方法去除已洗凈濕沉淀中的洗滌液。）干燥：用加熱的方法去除已洗凈濕沉淀中的洗滌液。 2）焙燒：干燥后的熱處理過程，作用是：通

23、過物料的）焙燒：干燥后的熱處理過程，作用是：通過物料的熱分解，轉(zhuǎn)化為所需要的化學(xué)成分；借助固態(tài)反應(yīng)、熱分解，轉(zhuǎn)化為所需要的化學(xué)成分；借助固態(tài)反應(yīng)、互溶、再結(jié)晶，獲得一定的晶形、粒度、孔徑和比表互溶、再結(jié)晶，獲得一定的晶形、粒度、孔徑和比表面積等；讓微晶適度燒結(jié)提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。與干面積等；讓微晶適度燒結(jié)提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度。與干燥有如下不同燥有如下不同:單元操作單元操作溫度范圍，溫度范圍，燒失重?zé)е馗稍锔稍镏械葴囟缺簾械葴囟缺簾邷乇簾邷乇簾?0300到到600大于大于6001050%28%小于小于2%干燥與焙燒的區(qū)別干燥與焙燒的區(qū)別3）活化：焙燒后的物料，大）活化：焙燒后的物料，大 多

24、數(shù)尚未具備催化劑的活性，多數(shù)尚未具備催化劑的活性，必須用氫氣或其它還原性氣體，還原成為活撥的金屬或低必須用氫氣或其它還原性氣體，還原成為活撥的金屬或低價(jià)氧化物，此操作叫還原或活化。價(jià)氧化物，此操作叫還原或活化。 活化操作大多數(shù)在使用廠中進(jìn)行，有時(shí)也在制造廠中進(jìn)行活化操作大多數(shù)在使用廠中進(jìn)行，有時(shí)也在制造廠中進(jìn)行預(yù)活化或預(yù)還原。預(yù)活化或預(yù)還原。四、沉淀法制備催化劑的實(shí)例四、沉淀法制備催化劑的實(shí)例 見見51頁活性氧化鋁制備頁活性氧化鋁制備2.2 浸漬法浸漬法 本節(jié)內(nèi)容有三部分：概述；浸漬法類型和制備實(shí)例。本節(jié)內(nèi)容有三部分：概述；浸漬法類型和制備實(shí)例。一、概述一、概述包括浸漬法的操作要點(diǎn)、特點(diǎn)、基本

25、原理、活性組分在包括浸漬法的操作要點(diǎn)、特點(diǎn)、基本原理、活性組分在載體上的分布情況。載體上的分布情況。 浸漬法操作：將載體放入含有活性物質(zhì)（包括助催化浸漬法操作：將載體放入含有活性物質(zhì)（包括助催化劑）的液體（或氣體劑）的液體（或氣體)中浸漬中浸漬, 當(dāng)浸漬平衡后，將剩余當(dāng)浸漬平衡后，將剩余的液體除去，再進(jìn)行干燥、焙燒、活化等與沉淀法相的液體除去，再進(jìn)行干燥、焙燒、活化等與沉淀法相似的后處理。似的后處理。 常用載體：氧化鋁、氧化硅、活性炭、硅藻土等，國常用載體：氧化鋁、氧化硅、活性炭、硅藻土等，國內(nèi)外市場有供應(yīng)；內(nèi)外市場有供應(yīng)； 常用浸漬液：硝酸鹽、氯化物、醋酸鹽和銨鹽等常用浸漬液：硝酸鹽、氯化物

26、、醋酸鹽和銨鹽等 浸漬法的特點(diǎn)：浸漬法的特點(diǎn)： 1）優(yōu)點(diǎn)：用即成的外形和尺寸的載體，省略了催）優(yōu)點(diǎn)：用即成的外形和尺寸的載體，省略了催化劑的成型步驟；選擇合適的載體，以提供催化化劑的成型步驟；選擇合適的載體，以提供催化劑所需的物理結(jié)構(gòu)特性；因負(fù)載組分多數(shù)僅僅分劑所需的物理結(jié)構(gòu)特性；因負(fù)載組分多數(shù)僅僅分布在載體表面上，故利用率高、用量少，成本低，布在載體表面上，故利用率高、用量少，成本低，廣泛用于貴金屬負(fù)載型催化劑。廣泛用于貴金屬負(fù)載型催化劑。 2）缺點(diǎn)：干燥時(shí)，活性組分向外表面移動(dòng)，而使）缺點(diǎn)：干燥時(shí)，活性組分向外表面移動(dòng)，而使其濃度降低，甚至載體未被覆蓋；焙燒時(shí)，產(chǎn)生其濃度降低，甚至載體未被

27、覆蓋；焙燒時(shí)，產(chǎn)生廢氣污染。廢氣污染。 浸漬法的原理：因表面張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管浸漬法的原理：因表面張力的作用而產(chǎn)生毛細(xì)管壓力，使液體滲透到毛細(xì)管內(nèi)部；活性組分在載壓力，使液體滲透到毛細(xì)管內(nèi)部；活性組分在載體表面上的吸附。體表面上的吸附。 活性組分在載體上的分布情況：有蛋殼型、蛋白活性組分在載體上的分布情況：有蛋殼型、蛋白型、蛋黃型和均勻型等。型、蛋黃型和均勻型等。二、浸漬法的類型二、浸漬法的類型 包括過量浸漬、等體積浸漬、多次浸漬、浸漬沉淀法、包括過量浸漬、等體積浸漬、多次浸漬、浸漬沉淀法、 流化噴灑和蒸氣相浸漬；流化噴灑和蒸氣相浸漬； 過量浸漬法：浸漬液體積超過載體可吸收的體積過量浸漬法

28、：浸漬液體積超過載體可吸收的體積 等體積浸漬法：浸漬液體積等于載體可吸收的體積等體積浸漬法：浸漬液體積等于載體可吸收的體積 多次浸漬法：為提高活性組分的含量而進(jìn)行重復(fù)多次浸漬，多次浸漬法：為提高活性組分的含量而進(jìn)行重復(fù)多次浸漬，每次浸漬完后，必須干燥和焙燒，以免浸漬上去的物質(zhì)在每次浸漬完后，必須干燥和焙燒，以免浸漬上去的物質(zhì)在下一次浸漬時(shí)又溶解。下一次浸漬時(shí)又溶解。 因?yàn)椋航n化合物的溶解度??；為避免多組分系統(tǒng)各組分因?yàn)椋航n化合物的溶解度小；為避免多組分系統(tǒng)各組分的競爭吸附，而將各組分按次序先后浸漬。的競爭吸附，而將各組分按次序先后浸漬。 浸漬沉淀法：先浸漬后沉淀的制備方法，常用于制備某些浸

29、漬沉淀法：先浸漬后沉淀的制備方法，常用于制備某些貴金屬浸漬型催化劑。浸漬液被載體吸收達(dá)到飽和后，加貴金屬浸漬型催化劑。浸漬液被載體吸收達(dá)到飽和后，加入沉淀劑入沉淀劑NaOH溶液，使氯鉑酸中的鹽酸得以中和，使金溶液，使氯鉑酸中的鹽酸得以中和，使金屬氯化物轉(zhuǎn)化為氫氧化物，沉淀于載體的內(nèi)孔和表面。此屬氯化物轉(zhuǎn)化為氫氧化物，沉淀于載體的內(nèi)孔和表面。此法有很多優(yōu)點(diǎn)，如法有很多優(yōu)點(diǎn)，如Cl-易于洗凈脫除；活性組分易于還原；易于洗凈脫除；活性組分易于還原；顆粒細(xì)；不產(chǎn)生因高溫焙燒分解的氯化物污染物。顆粒細(xì)；不產(chǎn)生因高溫焙燒分解的氯化物污染物。 流化噴灑浸漬法：浸漬液直接噴灑到反應(yīng)器中處于流化態(tài)流化噴灑浸漬法

30、：浸漬液直接噴灑到反應(yīng)器中處于流化態(tài)的載體上，適合于流化床反應(yīng)器用的細(xì)粉催化劑。的載體上，適合于流化床反應(yīng)器用的細(xì)粉催化劑。 蒸氣相浸漬法：借助化合物的揮發(fā)性，以蒸氣的形態(tài)將其蒸氣相浸漬法：借助化合物的揮發(fā)性，以蒸氣的形態(tài)將其負(fù)載到載體上。見負(fù)載到載體上。見56頁的例子。頁的例子。三、制備實(shí)例三、制備實(shí)例 見見57頁的過量浸漬法和頁的過量浸漬法和58頁的多次浸漬和浸漬沉淀法。頁的多次浸漬和浸漬沉淀法。2.3 混合法混合法一、混合法及其特點(diǎn)一、混合法及其特點(diǎn) 將兩種以上的物質(zhì)機(jī)械混合。多組分催化劑在成型前將兩種以上的物質(zhì)機(jī)械混合。多組分催化劑在成型前都要進(jìn)行此操作。此法操作簡單，產(chǎn)品化學(xué)組成穩(wěn)定

31、，都要進(jìn)行此操作。此法操作簡單，產(chǎn)品化學(xué)組成穩(wěn)定，用于制備高含量多組分催化劑，但其分散性和均勻性較用于制備高含量多組分催化劑，但其分散性和均勻性較低，可通過加入表面活性劑等方法加以改善。低，可通過加入表面活性劑等方法加以改善。二、混合法的類型二、混合法的類型 干混：常用拌粉機(jī)和球磨機(jī)進(jìn)行干混：常用拌粉機(jī)和球磨機(jī)進(jìn)行 濕混：多用捏合機(jī)、槽式混合器、輪碾機(jī)等濕混：多用捏合機(jī)、槽式混合器、輪碾機(jī)等三、制備實(shí)例三、制備實(shí)例 見見59頁下濕混法制備固體磷酸催化劑。頁下濕混法制備固體磷酸催化劑。2.4 熱熔融法熱熔融法一、熱熔融法及其特點(diǎn)一、熱熔融法及其特點(diǎn) 熱熔融法：借助高溫條件將各組分熔煉成為均勻分熱

32、熔融法：借助高溫條件將各組分熔煉成為均勻分布的混合物、甚至氧化物固溶體或合金固溶體，配布的混合物、甚至氧化物固溶體或合金固溶體，配合必要的后續(xù)工序可制得性能優(yōu)異的催化劑。合必要的后續(xù)工序可制得性能優(yōu)異的催化劑。 特點(diǎn)：催化劑的分散度、強(qiáng)度、活性、熱穩(wěn)定性和特點(diǎn)：催化劑的分散度、強(qiáng)度、活性、熱穩(wěn)定性和壽壽 命都高；操作特征是熔煉，可在電阻爐、電弧爐、命都高；操作特征是熔煉，可在電阻爐、電弧爐、感應(yīng)爐等進(jìn)行，屬于高能耗較復(fù)雜的工藝；催化劑感應(yīng)爐等進(jìn)行，屬于高能耗較復(fù)雜的工藝；催化劑的性能取決于其組成和一些制備操作條件，如熔煉的性能取決于其組成和一些制備操作條件，如熔煉溫度、次數(shù)、環(huán)境氣氛和熔漿冷卻

33、速度等。溫度、次數(shù)、環(huán)境氣氛和熔漿冷卻速度等。二、制備實(shí)例二、制備實(shí)例 可用于氨合成或氨分解的熔鐵催化劑、烴類加氫或可用于氨合成或氨分解的熔鐵催化劑、烴類加氫或費(fèi)托合成催化劑或雷尼型骨架鎳催化劑等，見費(fèi)托合成催化劑或雷尼型骨架鎳催化劑等，見61頁。頁。熔熔煉煉冷冷卻卻粉粉碎碎成成型型干干燥燥焙焙燒燒1、Ni-Al合金的煉合金的煉制制 Al先先Ni后后2、Ni-Al合金的瀝合金的瀝濾濾 瀝瀝濾濾洗滌洗滌20%NaOH成品成品加氫用骨架鎳催化劑的工業(yè)制備流程加氫用骨架鎳催化劑的工業(yè)制備流程2.5 離子交換法離子交換法本節(jié)的內(nèi)容：首先介紹離子交換法及其特點(diǎn)；然后重點(diǎn)講述本節(jié)的內(nèi)容：首先介紹離子交換法

34、及其特點(diǎn)；然后重點(diǎn)講述兩部分，即用無機(jī)離子交換劑制備催化劑、用有機(jī)離子交兩部分，即用無機(jī)離子交換劑制備催化劑、用有機(jī)離子交換樹脂制備催化劑。換樹脂制備催化劑。一、一、 離子交換法及其特點(diǎn)、應(yīng)用進(jìn)展離子交換法及其特點(diǎn)、應(yīng)用進(jìn)展 離子交換法：以離子交換反應(yīng)為主要制備工序制備催化離子交換法：以離子交換反應(yīng)為主要制備工序制備催化劑的方法。以離子交換劑為載體，以陽離子的形式引入活劑的方法。以離子交換劑為載體，以陽離子的形式引入活性組分，制備高分散、大表面、均勻分布的負(fù)載性金屬或性組分，制備高分散、大表面、均勻分布的負(fù)載性金屬或金屬離子催化劑金屬離子催化劑 離子交換法特點(diǎn)：交換反應(yīng)發(fā)生在交換劑表面固定而有

35、限離子交換法特點(diǎn)：交換反應(yīng)發(fā)生在交換劑表面固定而有限的交換基團(tuán)上，是化學(xué)計(jì)量的、可逆的（個(gè)別不可逆）和的交換基團(tuán)上，是化學(xué)計(jì)量的、可逆的（個(gè)別不可逆）和溫和的過程；與浸漬法比，負(fù)載的活性組分分散性高，尤溫和的過程；與浸漬法比，負(fù)載的活性組分分散性高，尤其適合于貴金屬制備；負(fù)載的活性組分粒徑小，為其適合于貴金屬制備；負(fù)載的活性組分粒徑小，為0.34.0nm；與其它制備方法比，若活性組分相同時(shí)，此；與其它制備方法比，若活性組分相同時(shí)，此法制備的催化劑的活性和選擇性更高。法制備的催化劑的活性和選擇性更高。 應(yīng)用進(jìn)展：應(yīng)用進(jìn)展：48頁中。頁中。二、二、 用無機(jī)離子交換劑制備催化劑用無機(jī)離子交換劑制備催

36、化劑內(nèi)容二部分：無機(jī)離子交換劑概述，包括組成結(jié)構(gòu)、內(nèi)容二部分：無機(jī)離子交換劑概述，包括組成結(jié)構(gòu)、類型及其特性、制備、分子篩上的離子交換；催化類型及其特性、制備、分子篩上的離子交換；催化劑制備實(shí)例。劑制備實(shí)例。 無機(jī)離子交換劑概述無機(jī)離子交換劑概述 1）組成和結(jié)構(gòu)：人工合成的沸石，由）組成和結(jié)構(gòu)：人工合成的沸石，由SIO2、Al2O3和堿金屬和堿金屬/堿土金屬組成的硅酸鹽礦物。特指堿土金屬組成的硅酸鹽礦物。特指Na2O 、 Al2O3 、 SIO2的復(fù)合結(jié)晶氧化物。在沸石晶體內(nèi)部，的復(fù)合結(jié)晶氧化物。在沸石晶體內(nèi)部，有許多大小相同的細(xì)微空穴和孔道，孔道能將分子有許多大小相同的細(xì)微空穴和孔道，孔道能

37、將分子大小不同的混合物分開，像篩子，故又稱分子篩。大小不同的混合物分開，像篩子，故又稱分子篩。 2）類型及其特性：按分子篩中各組分的含量或）類型及其特性：按分子篩中各組分的含量或Si/Al不同，分為不同，分為A、X、Y、ZSM等各種類型，按等各種類型，按孔徑不同，分為孔徑不同，分為 3A（0.3nm左右）、左右）、4A、5A等型等型號(hào)。下表為幾種常見的分子篩的化學(xué)組成經(jīng)驗(yàn)式等。號(hào)。下表為幾種常見的分子篩的化學(xué)組成經(jīng)驗(yàn)式等。常見的幾種分子篩常見的幾種分子篩分子篩分子篩經(jīng)驗(yàn)化學(xué)式經(jīng)驗(yàn)化學(xué)式孔徑，孔徑，nm耐耐酸酸熱熱晶體晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)天然方沸石天然方沸石3A分子篩分子篩4A分子篩分子篩5A分子篩分子

38、篩X分子篩分子篩Y分子篩分子篩絲光沸石絲光沸石ZSM-5Na2OAl2O3 4SIO2 2H2OK2OAl2O3 2SIO2 4.5H2ONa2OAl2O3 2SIO2 4.5H2O0.66CaO 0.33Na2OAl2O3 2SIO2 6H2ONa2OAl2O3 2.8SIO2 6H2ONa2OAl2O3 5SIO2 7H2ONa2OAl2O3 10SIO2 (失水物失水物)Na2OAl2O3 （550）SIO2（失水（失水物）物）0.280.300.40.50.80.88環(huán)環(huán)8環(huán)環(huán)8環(huán)環(huán)12環(huán)環(huán)12環(huán)環(huán)10環(huán)環(huán)增大 3）分子篩的一般制法：有水熱合成法和堿處理法。介紹）分子篩的一般制法：有水

39、熱合成法和堿處理法。介紹前者。水熱合成法分以下幾步進(jìn)行。前者。水熱合成法分以下幾步進(jìn)行。 原料：原料：Al源、源、Si源、堿和水；源、堿和水； 成膠：將一定配比的上述原料混合，置于密閉的容器中成膠：將一定配比的上述原料混合，置于密閉的容器中 加熱一定時(shí)間，沸石結(jié)晶出來；加熱一定時(shí)間，沸石結(jié)晶出來； 后處理：晶化（相當(dāng)于沉淀法的陳化），洗滌，干燥和后處理：晶化（相當(dāng)于沉淀法的陳化），洗滌，干燥和焙燒。焙燒。 4）分子篩上的離子交換）分子篩上的離子交換 交換特性：分子篩可表示為如下通式交換特性：分子篩可表示為如下通式Mn+ ( Al2O 3)p(SiO2) wH2O在水溶液中能與其在水溶液中能與其

40、它陽離子發(fā)生交換它陽離子發(fā)生交換易析出易析出相對(duì)穩(wěn)定相對(duì)穩(wěn)定可見，利用分子式上可交換陽離子的特性，用離子交換法，可見，利用分子式上可交換陽離子的特性，用離子交換法，將將Na、 H等離子被其它陽離子取代。不同的分子篩上離等離子被其它陽離子取代。不同的分子篩上離子交換的順序不同，見表子交換的順序不同，見表2-5.交換方法交換方法: 常用常壓水溶液交換法（特殊時(shí)用熱壓水溶液或常用常壓水溶液交換法（特殊時(shí)用熱壓水溶液或氣相交換），即用陽離子水溶液一次或數(shù)次常溫浸漬，或氣相交換），即用陽離子水溶液一次或數(shù)次常溫浸漬，或動(dòng)態(tài)淋洗，以其它陽離子取代原來分子篩上的動(dòng)態(tài)淋洗，以其它陽離子取代原來分子篩上的Na離

41、子，離子，以制備對(duì)應(yīng)的催化劑。必要時(shí)攪拌或加溫，以強(qiáng)化傳質(zhì)。以制備對(duì)應(yīng)的催化劑。必要時(shí)攪拌或加溫，以強(qiáng)化傳質(zhì)。 上述操作稱為分子篩催化劑的活化預(yù)處理。其工藝要求如上述操作稱為分子篩催化劑的活化預(yù)處理。其工藝要求如下：下： 酸性：以不破壞分子篩的晶體結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，如（酸性：以不破壞分子篩的晶體結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，如（52頁上）；頁上）； 溫度：室溫溫度：室溫100； 時(shí)間時(shí)間: 10min數(shù)小時(shí)；數(shù)小時(shí)； 溶液濃度：溶液濃度：0.11mol/L 分子篩催化劑制備實(shí)例：見分子篩催化劑制備實(shí)例：見5052頁頁ZSM-5分子篩的制備。分子篩的制備。 三、由離子交換樹脂制備催化劑三、由離子交換樹脂制備催化劑 內(nèi)容分二

42、部分；概述，包括離子交換樹脂的性能特點(diǎn)、用內(nèi)容分二部分；概述，包括離子交換樹脂的性能特點(diǎn)、用途、類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；制備實(shí)例。途、類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；制備實(shí)例。 離子交換樹脂概述離子交換樹脂概述 1)性能特點(diǎn)：可在陽離子水溶液中進(jìn)行離子交換；是不溶解性能特點(diǎn)：可在陽離子水溶液中進(jìn)行離子交換；是不溶解于水和有機(jī)溶劑的固體酸或固體堿，可直接用作催化劑，于水和有機(jī)溶劑的固體酸或固體堿，可直接用作催化劑，而且比普通的酸、堿催化劑更優(yōu)越，見而且比普通的酸、堿催化劑更優(yōu)越，見52頁中例子；與無頁中例子；與無機(jī)離子交換劑比，性能較差，如機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性不高，機(jī)離子交換劑比，性能較差，如機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性不高，而且再生

43、不易。而且再生不易。 2）用途：凈水劑，制備去離子水；用于稀貴金屬提純，即）用途：凈水劑，制備去離子水；用于稀貴金屬提純，即濕法冶金；本身為催化劑或進(jìn)一步加工為催化劑。其應(yīng)用濕法冶金；本身為催化劑或進(jìn)一步加工為催化劑。其應(yīng)用進(jìn)展見進(jìn)展見53頁上。頁上。 3）離子交換樹脂的類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）離子交換樹脂的類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)陽離子交換樹脂陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂陰離子交換樹脂骨架中的特性基團(tuán)骨架中的特性基團(tuán) -SO3H（強(qiáng)酸性）（強(qiáng)酸性）-COOH（弱酸性）（弱酸性）=N （強(qiáng)堿性）（強(qiáng)堿性）伯伯叔胺基（弱堿性）叔胺基（弱堿性）骨架骨架 苯乙烯與苯乙烯與 丙烯酸等的丙烯酸等的 共聚物共聚物市售形態(tài)市

44、售形態(tài)活化態(tài)活化態(tài)-SO3Na-SO3H=N Cl-=N OH-+制備實(shí)例制備實(shí)例C102強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的制備。強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂的制備。2.6 催化劑的成型催化劑的成型本節(jié)內(nèi)容：催化劑的形狀本節(jié)內(nèi)容：催化劑的形狀; 成型對(duì)催化劑性能的影響；常成型對(duì)催化劑性能的影響；常用的成型方法。用的成型方法。一、催化劑的形狀一、催化劑的形狀 催化劑的形狀：除了市售的形狀為無定形的顆粒或微催化劑的形狀：除了市售的形狀為無定形的顆粒或微球狀外，還有常用的圓柱形、球形等成型催化劑，見球狀外，還有常用的圓柱形、球形等成型催化劑，見圖圖2-10。 催化劑的形狀對(duì)其性能的影響：催化劑的形狀對(duì)其性能的影響： 催

45、化劑的形狀、尺寸催化劑的形狀、尺寸甚至表面粗糙度都會(huì)影響催化劑的活性、床層壓力降甚至表面粗糙度都會(huì)影響催化劑的活性、床層壓力降與傳熱等與傳熱等,如下表所示如下表所示形狀形狀尺寸尺寸/mm相對(duì)熱傳遞相對(duì)熱傳遞相對(duì)活性相對(duì)活性相對(duì)壓力降相對(duì)壓力降傳統(tǒng)拉西環(huán)傳統(tǒng)拉西環(huán)166.416100100100車輪狀車輪狀171712613083烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑的異形化結(jié)果烴類水蒸氣轉(zhuǎn)化催化劑的異形化結(jié)果2）催化劑的形狀、尺寸等要與反應(yīng)器相匹配，服從使用）催化劑的形狀、尺寸等要與反應(yīng)器相匹配，服從使用性能的要求。性能的要求。二、成型方法對(duì)催化劑性能的影響二、成型方法對(duì)催化劑性能的影響 強(qiáng)制的成型方法，有時(shí)使

46、晶體或表面結(jié)構(gòu)變化，影響強(qiáng)制的成型方法，有時(shí)使晶體或表面結(jié)構(gòu)變化，影響催化劑的活性。這是機(jī)械力和溫度的綜合作用，成型催化劑的活性。這是機(jī)械力和溫度的綜合作用，成型時(shí)的摩擦力極大，往往伴有瞬間的劇烈溫升；成型可時(shí)的摩擦力極大，往往伴有瞬間的劇烈溫升；成型可以提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，有時(shí)要加入粘接劑（見表以提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度，有時(shí)要加入粘接劑（見表2-7）和潤滑劑（有減少摩擦和造孔作用）。）和潤滑劑（有減少摩擦和造孔作用）。反應(yīng)器反應(yīng)器催化劑的形狀、尺寸等要求催化劑的形狀、尺寸等要求固定床固定床移動(dòng)床移動(dòng)床流化床流化床懸浮床懸浮床強(qiáng)度和粒度范圍較大的成型催化劑，大于強(qiáng)度和粒度范圍較大的成型催化劑，

47、大于45mm強(qiáng)度高的小球，強(qiáng)度高的小球，34mm流動(dòng)性好，流動(dòng)性好，20150m催化劑粒子懸浮在液體中，循環(huán)流動(dòng)的微米或毫米級(jí)小球催化劑粒子懸浮在液體中，循環(huán)流動(dòng)的微米或毫米級(jí)小球 三、三、 幾種常用的成型方法幾種常用的成型方法 成型方法分為自然成型（滾動(dòng)成球）和強(qiáng)制成型成型方法分為自然成型（滾動(dòng)成球）和強(qiáng)制成型（壓片、擠條、噴霧等），下面簡單介紹（壓片、擠條、噴霧等），下面簡單介紹 壓片成型：將粉末物料壓制成圓柱狀和拉西環(huán)等。壓片成型：將粉末物料壓制成圓柱狀和拉西環(huán)等。產(chǎn)品形狀一致、大小均勻、表面光滑和機(jī)械強(qiáng)度高。產(chǎn)品形狀一致、大小均勻、表面光滑和機(jī)械強(qiáng)度高。 擠條成型：用于塑性好的泥狀物料

48、的成型。產(chǎn)品強(qiáng)擠條成型：用于塑性好的泥狀物料的成型。產(chǎn)品強(qiáng)度較低度較低 噴霧成型：用霧化器將溶液分散成霧狀液滴，在熱噴霧成型：用霧化器將溶液分散成霧狀液滴，在熱風(fēng)中干燥而獲得粉狀成品。風(fēng)中干燥而獲得粉狀成品。 油中成型：常用于生產(chǎn)球形的高純度氧化鋁、硅膠油中成型：常用于生產(chǎn)球形的高純度氧化鋁、硅膠和硅鋁酸。將一定和硅鋁酸。將一定PH和濃度的硅或鋁溶膠噴滴入和濃度的硅或鋁溶膠噴滴入加熱了的煤油等礦物油柱中，由于表面張力的作用，加熱了的煤油等礦物油柱中，由于表面張力的作用，溶膠滴迅速收縮成球狀的凝膠，再經(jīng)油冷硬化、水溶膠滴迅速收縮成球狀的凝膠，再經(jīng)油冷硬化、水洗干燥和熱處理，得到球形硅膠或鋁膠。洗

49、干燥和熱處理，得到球形硅膠或鋁膠。滾動(dòng)成型：將干燥的粉末放在回轉(zhuǎn)著的傾滾動(dòng)成型：將干燥的粉末放在回轉(zhuǎn)著的傾斜的轉(zhuǎn)盤里，噴入粘合劑，因毛細(xì)管吸力斜的轉(zhuǎn)盤里，噴入粘合劑，因毛細(xì)管吸力的作用，潤濕了的粉末粘接為很小的核，的作用，潤濕了的粉末粘接為很小的核，核逐漸滾動(dòng)長大，成為圓球。核逐漸滾動(dòng)長大，成為圓球。 此法的產(chǎn)品粒度均勻、形狀規(guī)整，較經(jīng)濟(jì)，此法的產(chǎn)品粒度均勻、形狀規(guī)整，較經(jīng)濟(jì)，但球的表面粗糙、機(jī)械強(qiáng)度不高，必要時(shí)，但球的表面粗糙、機(jī)械強(qiáng)度不高，必要時(shí)，需燒結(jié)補(bǔ)強(qiáng)和球粒拋光。需燒結(jié)補(bǔ)強(qiáng)和球粒拋光。2.7 固體催化劑制備方法新進(jìn)展固體催化劑制備方法新進(jìn)展近年來，以催化劑制備方法為核心的催化劑技術(shù)的

50、發(fā)展中，近年來，以催化劑制備方法為核心的催化劑技術(shù)的發(fā)展中，出現(xiàn)了一些新的制備方法，與傳統(tǒng)的方法有原則的區(qū)別。出現(xiàn)了一些新的制備方法，與傳統(tǒng)的方法有原則的區(qū)別。關(guān)于新的酶和均勻配合物催化劑的及其制造方法，放在最關(guān)于新的酶和均勻配合物催化劑的及其制造方法，放在最后一章。后一章。 本節(jié)簡要介紹固體工業(yè)催化劑的新制法，可望在本節(jié)簡要介紹固體工業(yè)催化劑的新制法，可望在21世紀(jì)大世紀(jì)大規(guī)模使用。屬于新趨勢、新思路甚至是可能的前景展望。規(guī)模使用。屬于新趨勢、新思路甚至是可能的前景展望。本節(jié)內(nèi)容主要有：本節(jié)內(nèi)容主要有：納米材料與催化劑納米材料與催化劑納米材料簡介納米材料簡介超細(xì)粒子催超細(xì)粒子催化劑的制備化劑

51、的制備凝膠法凝膠法微乳化法微乳化法氣相淀積法氣相淀積法膜催化劑膜催化劑一、納米材料與催化劑一、納米材料與催化劑 納米材料簡介：以數(shù)個(gè)納米直徑的微小粒子為基本單元構(gòu)納米材料簡介：以數(shù)個(gè)納米直徑的微小粒子為基本單元構(gòu)成。目前已經(jīng)被眾多的高新技術(shù)領(lǐng)域（如傳感器、信息存成。目前已經(jīng)被眾多的高新技術(shù)領(lǐng)域（如傳感器、信息存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換材料等）開始應(yīng)用。材料被細(xì)化到納米級(jí)，產(chǎn)生儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換材料等）開始應(yīng)用。材料被細(xì)化到納米級(jí)，產(chǎn)生很大的表面效應(yīng)，其性質(zhì)會(huì)發(fā)生飛躍性的突變。以很大的表面效應(yīng)，其性質(zhì)會(huì)發(fā)生飛躍性的突變。以Cu粒子粒子為例說明如下為例說明如下粒徑粒徑, nm表面積表面積, cm3 /mol 粒徑粒徑, n

52、m表面積表面積, cm3 /mol1000010001004.31044.31054.31061014.31074.3108Cu粒子的粒徑與表面積粒子的粒徑與表面積當(dāng)當(dāng)Cu粒子在粒子在10nm以下，即進(jìn)入以下，即進(jìn)入nm級(jí)，每個(gè)微粒約由級(jí)，每個(gè)微粒約由30各各原子構(gòu)成，幾乎全部原子都分布在原子構(gòu)成，幾乎全部原子都分布在nm粒子的外表面上。若粒子的外表面上。若將將nmCu粒子用作催化劑，將對(duì)氣固反應(yīng)的結(jié)合能產(chǎn)生重大粒子用作催化劑，將對(duì)氣固反應(yīng)的結(jié)合能產(chǎn)生重大的影響。新制的金屬（除貴金屬外）催化劑，都會(huì)接觸空氣的影響。新制的金屬（除貴金屬外）催化劑，都會(huì)接觸空氣而自燃，光催化性能強(qiáng)化，用于廢水的光

53、催化處理，可在而自燃，光催化性能強(qiáng)化，用于廢水的光催化處理，可在2分鐘達(dá)到分鐘達(dá)到98%的無害化。的無害化。 超細(xì)粒子催化劑的制備超細(xì)粒子催化劑的制備 有物理法：膠體磨、低溫破碎等；有物理法：膠體磨、低溫破碎等； 化學(xué)法（被移植或借鑒）：凝膠法、微乳化技術(shù)等化學(xué)法（被移植或借鑒）：凝膠法、微乳化技術(shù)等 1）凝膠法（借膠體粒子的細(xì)微性制備超細(xì)粒子）：以制備）凝膠法（借膠體粒子的細(xì)微性制備超細(xì)粒子）：以制備PbTiO3的超細(xì)粉末為例，的超細(xì)粉末為例， PbTiO3的超細(xì)粉末可以作特殊的的超細(xì)粉末可以作特殊的陶瓷，也有希望作催化劑的載體，若以相似的工藝引入活性組陶瓷，也有希望作催化劑的載體，若以相似

54、的工藝引入活性組分分Fe, Cu, Ni等氧化物，可得高活性的催化劑。等氧化物，可得高活性的催化劑。nm級(jí)級(jí)PbTiO3的制備示意圖的制備示意圖TiCl4溶液溶液TiO(OH)2nm級(jí)分散膠體級(jí)分散膠體共沉淀共沉淀脫水、燒結(jié)脫水、燒結(jié)Pb(NO3)2溶液溶液NH4OHNH4OHPbTiO3 細(xì)粉細(xì)粉HNO3本系統(tǒng)涉及本系統(tǒng)涉及共兩個(gè)相，沉淀共兩個(gè)相，沉淀在分散相中進(jìn)行在分散相中進(jìn)行 2）微乳化法（借細(xì)小的乳液滴內(nèi)形成沉淀物而細(xì)化物料）：）微乳化法（借細(xì)小的乳液滴內(nèi)形成沉淀物而細(xì)化物料）：以以Rh/ZrO2催化劑的制備為例。催化劑的制備為例。Rh鹽水溶液鹽水溶液肼使肼使Rh鹽還原為鹽還原為Rh

55、nm細(xì)晶細(xì)晶正丁醇鋯正丁醇鋯環(huán)己烷環(huán)己烷微乳液微乳液40微乳內(nèi)沉淀微乳內(nèi)沉淀分離、洗滌、分離、洗滌、焙燒、還原焙燒、還原Rh/ZrO2催化劑催化劑NH4OH本系統(tǒng)涉及兩本系統(tǒng)涉及兩個(gè)相，沉淀在個(gè)相，沉淀在微乳液滴中進(jìn)微乳液滴中進(jìn)行行 3）氣相淀積法（借分子水平上的反應(yīng)制備超細(xì)、超純物）：）氣相淀積法（借分子水平上的反應(yīng)制備超細(xì)、超純物）：氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)表面上反應(yīng)，生成固態(tài)淀積物。如氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)表面上反應(yīng)，生成固態(tài)淀積物。如2CO CO2 + C 利用氣相淀積反應(yīng)，可制備超純物，因?yàn)樵诰鶆驓庀嘀幸焕脷庀嗟矸e反應(yīng)，可制備超純物，因?yàn)樵诰鶆驓庀嘀幸粌蓚€(gè)分子反應(yīng)后從氣相分別沉淀，而后積于固體表面上

56、，兩個(gè)分子反應(yīng)后從氣相分別沉淀，而后積于固體表面上，此條件下其它淀積反應(yīng)不可能發(fā)生；制備超細(xì)物，在分子此條件下其它淀積反應(yīng)不可能發(fā)生；制備超細(xì)物，在分子級(jí)別上淀積的粒子；可望制備納米級(jí)的小尺寸材料，通過級(jí)別上淀積的粒子；可望制備納米級(jí)的小尺寸材料，通過適當(dāng)?shù)墓に囈龑?dǎo)，可使淀積的細(xì)粒形成一維、二維、三維適當(dāng)?shù)墓に囈龑?dǎo)，可使淀積的細(xì)粒形成一維、二維、三維的小尺寸粒子、晶須、單晶薄膜、多晶體或非晶形固體。的小尺寸粒子、晶須、單晶薄膜、多晶體或非晶形固體。 下面是可望移植用于催化劑制備的氣相淀積反應(yīng)：見下面是可望移植用于催化劑制備的氣相淀積反應(yīng)：見93頁頁下。下。Pt(CO) 2Cl2 Pt + Cl

57、2 此反應(yīng)用于金屬鍍此反應(yīng)用于金屬鍍Pt，可望用于催化劑，可望用于催化劑約約500600二、膜催化劑二、膜催化劑 將催化反應(yīng)與膜分離結(jié)合，膜可以只起分離作用或起催化將催化反應(yīng)與膜分離結(jié)合，膜可以只起分離作用或起催化和分離雙重作用。和分離雙重作用。反應(yīng)物反應(yīng)物吹掃氣吹掃氣 + 產(chǎn)物產(chǎn)物常規(guī)催化劑常規(guī)催化劑膜膜/膜催化劑膜催化劑吹掃氣吹掃氣膜催化劑原理示意圖膜催化劑引入化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)：以膜的分離膜催化劑引入化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)：以膜的分離作用，不斷將產(chǎn)物從系統(tǒng)中分出，使轉(zhuǎn)化作用，不斷將產(chǎn)物從系統(tǒng)中分出，使轉(zhuǎn)化率提高；省去復(fù)雜的分離工序；對(duì)低轉(zhuǎn)化率提高；省去復(fù)雜的分離工序；對(duì)低轉(zhuǎn)化率反應(yīng)和放熱反應(yīng)尤其適合

58、。率反應(yīng)和放熱反應(yīng)尤其適合。 膜催化劑在膜催化劑在 2001年已有美國專利申報(bào)。年已有美國專利申報(bào)。三、三、 電鍍等其它方法電鍍等其它方法 電鍍和化學(xué)鍍等金屬表面處理技術(shù)已發(fā)展電鍍和化學(xué)鍍等金屬表面處理技術(shù)已發(fā)展到用于催化劑的制備，這些移植來的方法，到用于催化劑的制備，這些移植來的方法，很有可能大有特色和前途。很有可能大有特色和前途。思考題思考題1.沉淀法類型及其操作要點(diǎn)；沉淀法類型及其操作要點(diǎn)；2.常用沉淀劑和提供金屬陽離子的物質(zhì)；常用沉淀劑和提供金屬陽離子的物質(zhì)；3.比較晶形和非晶形沉淀的適宜操作條件；比較晶形和非晶形沉淀的適宜操作條件；4.沉淀成化的作用沉淀成化的作用5.沉淀中的雜質(zhì)混入

59、方式：可用的洗滌液是什么？沉淀中的雜質(zhì)混入方式：可用的洗滌液是什么？6.沉淀的干燥、焙燒和活化的作用各是什么？沉淀的干燥、焙燒和活化的作用各是什么？7.浸漬法的類型及其特點(diǎn)；浸漬法的類型及其特點(diǎn)；8.何為熱熔融法？舉例說明金屬骨架催化劑的制法；何為熱熔融法？舉例說明金屬骨架催化劑的制法；9.無機(jī)離子交換劑的組成、類型和主要特點(diǎn)；無機(jī)離子交換劑的組成、類型和主要特點(diǎn)；10. 水熱合成法制備無機(jī)離子交換劑的方法要點(diǎn)；水熱合成法制備無機(jī)離子交換劑的方法要點(diǎn)；11. 分子篩上進(jìn)行離子交換的依據(jù)和方法要點(diǎn)；分子篩上進(jìn)行離子交換的依據(jù)和方法要點(diǎn)；12. 用低硅和高硅型分子篩制備氫型分子篩的方法有何不用低硅

60、和高硅型分子篩制備氫型分子篩的方法有何不同。同。13. 離子交換樹脂的類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；離子交換樹脂的類型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；14. 離子交換樹脂主要性能特點(diǎn)；離子交換樹脂主要性能特點(diǎn)；15. 離子交換樹脂的用途；離子交換樹脂的用途；16. 催化劑的形狀對(duì)其性能有何影響？催化劑的形狀對(duì)其性能有何影響？17. 催化劑的成型對(duì)其性能的影響；催化劑的成型對(duì)其性能的影響；18. 各類反應(yīng)器對(duì)催化劑形狀、尺寸有何要求？各類反應(yīng)器對(duì)催化劑形狀、尺寸有何要求？19. 試舉出兩種催化劑成型常用的方法；試舉出兩種催化劑成型常用的方法；20. 納米材料及其性能特點(diǎn)；納米材料及其性能特點(diǎn)；21. 制備超細(xì)粒子催化劑的方法要點(diǎn)