第4 固體催化劑設(shè)計

1、第四章第四章 固體催化劑的設(shè)計固體催化劑的設(shè)計催化劑設(shè)計：根據(jù)合理的程序和方法有效地利用未系統(tǒng)化的法則、知識和經(jīng)驗，在時間上和經(jīng)濟上最有效的開發(fā)和制備新催化劑的方法：1）要進行熱力學分析，指明反應(yīng)的可行性，最大平衡產(chǎn)率和所要求的最佳反應(yīng)條件，催化劑的經(jīng)濟性和催化反應(yīng)的經(jīng)濟性，環(huán)境保護等；2）分析催化劑設(shè)計參數(shù)的四要素：活性活性，選擇性選擇性，穩(wěn)定性穩(wěn)定性/壽壽命命，再生性再生性。3）催化反應(yīng)過程與催化劑化學性質(zhì)有關(guān)；而傳質(zhì)傳熱則與物理性質(zhì)有關(guān)，要兼而顧之。一般而言，大多數(shù)固體催化劑由三部分組成：活性組分、助劑和載體。催化劑中主要組分就是指催化劑中最主要的活性組分，是催化劑中產(chǎn)生活性、可活化反應(yīng)

2、分子的部分。一般來說，只有催化劑的局部位置才產(chǎn)生活性，稱為活性中心或活性部位。催化劑的非均勻性?；钚灾行目梢允窃印⒃哟?、離子、離子缺位等，但在反應(yīng)中活性中心的數(shù)目和結(jié)構(gòu)往往發(fā)生變化。主要組分的選擇依據(jù)：1）根據(jù)有關(guān)催化理論歸納的參數(shù)；2）基于催化反應(yīng)的經(jīng)驗規(guī)律；3）基于活化模式的考慮。2.1 根據(jù)有關(guān)催化理論的參數(shù)進行考慮根據(jù)有關(guān)催化理論的參數(shù)進行考慮1、d特性百分數(shù)特性百分數(shù)：在成鍵軌道中d軌道占的百分率稱為d特性百分數(shù)。金屬的d特性百分數(shù)越大，表明電子留在d帶中的百分數(shù)越多，也就表明d帶中空穴越少。對化學吸附而言，催化反應(yīng)要求吸附不能太強，也不能太弱。金屬的d特性百分數(shù)與其催化活性有一

3、定關(guān)系。在金屬加氫催化劑中，d特性百分數(shù)在40%-50%之間為佳。如乙烯在各種金屬薄膜上的催化加氫，隨d特性百分數(shù)增加，加氫活性也增加，Rh Pd Pt Ni Fe Ta。2、未成對電子數(shù)未成對電子數(shù)：過渡金屬的不成對電子在化學吸附時，可與被吸附分子形成吸附鍵。按能帶理論，這是催化活性的根源。3、半導體費米能級和脫出功半導體費米能級和脫出功由半導體的費米能級和脫出功來判斷電子得失的能難易程度，進而了解適合于何種反應(yīng)。半導體催化劑是使用很廣泛的非化學計量的氧化物，非化學計量往往是由雜質(zhì)或缺陷所引起的。如：合成氣制甲醇催化劑：ZnO-Cr2O3-CuO丙烯氨氧化催化劑：MoO3-Bi2O3-P2O

4、5/SiO2丁烯氧化脫氫催化劑：P2O5-MoO3-Bi2O3/SiO2二甲苯氧化制苯酐催化劑：V2O5-TiO2-K2O-P2O5/SiO2n型半導體是電子導電。H2、CO等還原性氣體，在吸附時它們把電子給與氧化物，所以在n型半導體上容易吸附。p型半導體是帶正電荷的空穴導電。O2在p型半導體上容易吸附，因為需要從氧化物中得到電子，使O2變?yōu)镺-，p型半導體的金屬離子易脫出電子而容易生成O-。費米能級Ef是表示半導體中電子的平均能量。脫出功，是把一個電子從半導體內(nèi)部拉到外部變成自由電子時所需的最低能量。從費米能級到導帶頂?shù)哪芰坎罴礊槊摮龉?。本征半導體的費米能級在禁帶中間；n型半導體的費米能級在

5、施主能級與導帶底之間；p型半導體的費米能級在滿帶頂與受主能級之間。p型半導體：Cu2O、NiO、CoO等；n型半導體：ZnO、TiO2、MoO3、Fe2O3等。催化劑制備過程中引入雜質(zhì)，在滿帶和空帶之間出現(xiàn)新的能級。如果新的能級靠近導帶，其上的電子受熱激發(fā)能夠躍遷至導帶，成為n型導電。這樣的能級稱為施主能級。如新的能級更靠近滿帶，由于其能夠接受滿帶中躍遷來的價電子，成為p型導電。這樣的能級稱為受主能級。施主雜質(zhì)提高費米能級，使脫出功變?。皇苤麟s質(zhì)降低費米能級，使脫出功變大。p型半導體比n型半導體更易接受電子。氣體分子在表面的吸附也可以看成是增加一種雜質(zhì)，以正離子態(tài)被吸附的CH3+、C6H5+可

6、以看作能給出電子的施主雜質(zhì)；以負離子形態(tài)吸附的O2-、O-等可接受電子的氣體可看作是受主雜質(zhì)。理論指出，對許多涉及氧的反應(yīng)，p型半導體氧化物最活潑，絕緣體次之，n型半導體氧化物最差。4、晶體場、配位場理論晶體場、配位場理論晶體場理論認為中心離子的電子層結(jié)構(gòu)在配位場的作用下，引發(fā)軌道能級的分裂。在催化作用中，當一個質(zhì)點 被吸附在表面上形成表面復(fù)合物，則中心離子的d軌道在配位場的影響下會發(fā)生分裂，分裂的情況與過渡金屬離子的性質(zhì)和配位體的性質(zhì)有關(guān)；同時，中心離子對配體也有影響。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出如下規(guī)律（Dq為d軌道在正八面體場中的分裂能）：1）同周期同價過渡金屬離子的Dq值相差不大；2）同一金屬的三

7、價離子比二價離子的Dq值大；3）以同族同價離子比較，第三過渡序列 第二過渡序列 第一過渡序列。次序：Mn(II) Co(II) V(II) Fe(III) Cr(III) Co(III) Mn(IV) Mo(III) Rh(III) Ir(III) Re(IV) NO2- 乙二胺 NH3 NCS- H2O OH- F- SCN- Cl- Br- I-2.2 基于催化反應(yīng)的經(jīng)驗規(guī)律基于催化反應(yīng)的經(jīng)驗規(guī)律1、活性模型法活性模型法：對于某一類催化反應(yīng)或某一類型的催化反應(yīng)研究，常常得出不同催化劑所顯示的活性呈現(xiàn)有規(guī)律的變化。2、從吸附熱推斷從吸附熱推斷：在某些情況下，可以從吸附熱的數(shù)據(jù)去推斷催化劑的活

8、性。通常對反應(yīng)分子具有中等強度吸附的固體表面具有良好的催化活性。2.3 基于反應(yīng)物分子活化模式的考慮基于反應(yīng)物分子活化模式的考慮1、H2的活化的活化在金屬催化劑上，在-50C-100C下，可按照LH機理進行解離吸附。解離后的原子H可在金屬表面移動，可以對不飽和化合物加氫。在金屬氧化物上，如Cr2O3、Co3O4、NiO、ZnO等，在400C下經(jīng)真空干燥除去表面氧化物的羥基，使金屬離子暴露，常溫下可使H2非解離吸附。H-H -Zn O2、O2的活化的活化：非解離吸附（O2-形式參與表面過程）；解離吸附（以O(shè)-和O2-形式參與表面過程）。乙烯在Ag催化劑上的環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的原子氧催化副反應(yīng)O2H2

9、CO6OHC22426OOH6C6OH6C42242所以環(huán)氧乙烷的收率為6/7，86%左右；CO2收率為1/7，14%左右。Cu催化甲醇氧化為甲醛3、CO的活化的活化：CO解離能為1073kJ/mol，分子相對穩(wěn)定。在Pd、Pt、Rh上溫度高達300C保持分子態(tài)吸附；若為Mo、W、Fe在常溫下也能使CO解離吸附。4、飽和烴分子的活化飽和烴分子的活化：金屬和酸性金屬氧化物都可以活化。由于金屬M對H的親和力強，可使飽和烴發(fā)生脫氫反應(yīng)。有時在相鄰金屬上吸附的C-C發(fā)生氫解。飽和烴分子在超強酸的金屬氧化物作用下，脫出H-，自身以正碳離子形式活化。5、不飽和烴分子的活化不飽和烴分子的活化：依酸性催化劑、

10、金屬催化劑和堿性催化劑而異。1）酸性催化劑以H+與不飽和烴分子加成為正碳離子，后者在高溫下一般發(fā)生位置C-C鍵的斷裂，生成裂解產(chǎn)物；也有可能發(fā)生-CH3基的移動，進行骨架異構(gòu)化。這兩種都是以三元環(huán)或四元環(huán)為中間物：還有可能低溫下進行烷基加成反應(yīng)：在H2O存在下還有可能反應(yīng)生成醇：2）金屬催化劑活化主要起催化加氫反應(yīng)。3）堿性催化劑活化主要是使烷基芳烴進行側(cè)鏈烷基化：4）非典型酸堿性的金屬氧化物催化劑對不飽和烴的活化可能是-鍵合型的絡(luò)合活化。2.4 催化劑主要組分設(shè)計實例催化劑主要組分設(shè)計實例-丙烯脫氫環(huán)化生成苯催化劑的設(shè)丙烯脫氫環(huán)化生成苯催化劑的設(shè)計計1、熱力學計算表明反應(yīng)是可能的；2、丙烯轉(zhuǎn)

11、化為苯的可能反應(yīng)過程涉及脫氫、二聚和環(huán)化三個過程，而且每步中都發(fā)生脫氫反應(yīng)。因此催化劑設(shè)計時可以將脫氫過程作為設(shè)計催化劑主要考慮依據(jù)，兼顧二聚和環(huán)化過程。3、考慮氧化物催化劑：參與反應(yīng)的吸附物種在表面吸附的強度適中。丙烯在氧化物表面可以脫氫生成-烯丙基物種，再而反應(yīng)生成丙烯醛或己二烯。我們要設(shè)計的催化劑是由己二烯環(huán)化脫氫生成的苯，所以應(yīng)選擇可以同時吸附兩個-烯丙基并同時得到兩個電子的金屬氧化物，其間金屬離子被還原：從周期表中找到Sn2+/Sn4+、Ti+/Ti3+、Pb2+/Pb4+、Bi3+/Bi5+及In+/In3+，考慮其它因素，可以最后選取Bi系和In系為催化劑的主要成分。3.1 助催

12、化劑的種類與功能助催化劑的種類與功能1、助催化劑、助催化劑/助劑助劑：負責調(diào)變催化劑主要成分的催化性能，自身沒有活性或只有很低活性的物質(zhì)，以少量（通常低于總量的10%）加入催化劑后，與活性組分產(chǎn)生某種作用，是催化劑的活性、選擇性、壽命等性能得以顯著改善。如合成氨鐵催化劑中的Al2O3和K2O；合成環(huán)氧乙烷銀催化劑中的CaO或BaO。2、助劑的種類與功能助劑的種類與功能：結(jié)構(gòu)性助劑和調(diào)變性助劑（1）結(jié)構(gòu)性助劑：為惰性物質(zhì)，在催化劑中以很小的顆粒形式存在，起到分隔活性物種微晶，避免它們燒結(jié)、長大的作用，從而維持催化劑的高活性表面 不降低，如合成氨鐵催化劑中的Al2O3，合成甲醇用的ZnO催化劑中加

13、入的Cr2O3等。有效的結(jié)構(gòu)性助劑：不與活性組分發(fā)生反應(yīng)形成固溶體；應(yīng)為很小的顆粒，具有高度的分散性能；有高的熔點。判斷結(jié)構(gòu)性助劑的常用方法：用比表面判斷，結(jié)構(gòu)性助劑的存在使催化劑保持較高的比表面；結(jié)構(gòu)性助劑的加入不改變反應(yīng)的活化能。合成氨鐵催化劑的活性組分是小晶粒形態(tài)的-Fe，其活性很高，但不穩(wěn)定，短時間內(nèi)就失活。在制備過程中若加入少量Al2O3就可使其活性延長。原因是Al2O3在多孔-Fe微晶結(jié)構(gòu)中起到隔膜作用，防止鐵晶粒的燒結(jié)，避免了活性表面的下降。CO選擇化學吸附實驗表明，Al2O3在催化劑中主要分布在顆粒外表面上，并且還發(fā)現(xiàn)，在873K下退火，不加Al2O3的-Fe晶粒顯著增大，加A

14、l2O3的-Fe晶粒大小不變。（2）調(diào)變性助劑：改變催化劑的化學組成，引起許多化學效應(yīng)和物理效應(yīng)。對金屬和半導體催化劑而言，調(diào)變性助劑可以引起催化劑電導率和電子脫出功的變化。所以調(diào)變性助劑又可稱為電子性助劑。調(diào)變性助劑有時可以使活性成分的微晶產(chǎn)生晶格缺陷，造成新的活性中心。判斷調(diào)變性助劑的常用方法：化學吸附強度和反應(yīng)活化能。調(diào)變性助劑使兩者都會發(fā)生改變?；瘜W吸附強度的變化表現(xiàn)為吸附等溫線的不同。合成氨催化劑中K2O是調(diào)變性助劑，主要是K2O和活性組分Fe的相互作用，K2O給出電子，F(xiàn)e接受電子。K2O把電子傳遞給Fe后，增加Fe的電子密度，提高了對合成氨反應(yīng)物之一的氮的活化程度。實驗證據(jù)：1）

15、以金屬鉀作為助劑的Fe催化劑催化活性比K2O作為助劑的高10倍；2）Fe、Ru對合成氨有催化活性的金屬負載在活性碳上卻失去了活性；如果加入金屬鉀，又產(chǎn)生了活性；3）在調(diào)變性助劑給電子能力與催化劑活性之間有規(guī)律性聯(lián)系。3.2 助催化劑的設(shè)計助催化劑的設(shè)計1、針對催化劑的主要成分出現(xiàn)的問題，利用科學知識和催化理、針對催化劑的主要成分出現(xiàn)的問題，利用科學知識和催化理論設(shè)計助催化劑。論設(shè)計助催化劑。如烯烴異構(gòu)化反應(yīng)中常會生成裂解產(chǎn)物，這就需要調(diào)節(jié)所用催化劑的酸性質(zhì)，使其酸中心減少，這可通過添加堿性物質(zhì)實現(xiàn)。又如同是烯烴的反應(yīng)，如果目的產(chǎn)物是芳烴，由于完全氧化都回生成一定數(shù)量的CO2，生成CO2比生成其

16、它產(chǎn)物需要更多的氧，所以添加不利于氧吸附的助劑，在一定程度上可以抑制CO2的生成，提高反應(yīng)選擇性。2、通過研究催化反應(yīng)機理確定助催化劑、通過研究催化反應(yīng)機理確定助催化劑（1）最廣泛使用的方法是采用最新發(fā)展的分析技術(shù)研究催化劑表面和表面上所發(fā)生的化學反應(yīng)。進行這些研究的主要目的是試圖找到活性中心或反應(yīng)中間體，通過添加組分和改變催化劑的方法，使反應(yīng)沿著需要的途徑，以最佳狀態(tài)順利進行。要掌握催化表面科學知識。（2）另一種間接的方法是設(shè)計一種具有特定骨架結(jié)構(gòu)的催化劑，研究其中可以控制的部分。研究目的是鑒別不同添加劑和已知中間體的作用，研究影響活性和選擇性的因素，以便使催化劑獲得最佳性能。3、例子：復(fù)合

17、氧化物的結(jié)構(gòu)變化與其催化性能的關(guān)系、例子：復(fù)合氧化物的結(jié)構(gòu)變化與其催化性能的關(guān)系（1）固溶體內(nèi)有關(guān)離子原來的配位環(huán)境及其變化：由于幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)方面的原因，對某特定反應(yīng)有催化活性和選擇性的固溶體中的客體氧化物（含量較少的組分）應(yīng)具有特定的配位狀態(tài)。因此需對這種特定的配位環(huán)境加以研究。其次是將所需催化劑的主要組分和次要組分制成這種特定環(huán)境的固溶體。白鎢礦AMO4復(fù)合氧化物作為催化劑的價值：1）可產(chǎn)生A陽離子缺位，濃度高達1/3；2）A陽離子還可被另外的陽離子B部分置換，通式為AxByzMO4（x + y + z = 1）。鉬酸鉍對丙烯活化的研究表明，形成的缺陷有助于烯丙基中間物種的生成，而B

18、i的功能主要是與O構(gòu)成活性中心。（2）調(diào)節(jié)氧化物的酸性氧化物酸性可以從兩方面影響丙烯以 烯丙基物種反應(yīng)的途徑：1）改變烯丙基中間物的電子性質(zhì)；2）改變M-O鍵強。在Bi2O3表面，丙烯吸附形成的烯丙基呈中性或弱正電性，其電子結(jié)構(gòu)與Bi3+的酸堿性質(zhì)有關(guān)。如果該離子顯酸性，則由于金屬離子電負性大，烯丙基的電子便定域在此金屬離子上，結(jié)果該烯丙基會荷正電易與氧負離子親核加成，得到丙烯醛。離子的酸性越強，產(chǎn)生丙烯醛的選擇性越高。相反，在酸性較弱的離子上，烯丙基中間物可保持其自由基類型的特征，而不易于接近氧離子。在這種情況下，烯丙基易于偶合環(huán)化脫氫，生成苯。為制備高效率催化劑，常把催化劑的活性組分分散在

19、固體表面上，這種固體就稱為載體。4.1 載體的作用載體的作用1、降低催化劑成本、降低催化劑成本2、提高催化劑的機械強度、提高催化劑的機械強度：使催化劑有最適宜的幾何構(gòu)型。對某些活性組分而言，只有把活性組分負載在載體之后，才能使催化劑得到足夠的強度和幾何構(gòu)型，才能適合各種反應(yīng)器的要求。3、催化劑的活性和選擇性、催化劑的活性和選擇性：載體是活性組分微?；?，可增加催化劑的活性表面積，還使晶格缺陷增加，生成新的活性中心，提高催化劑的活性，如金屬-載體強相互作用。有些載體可以提供某種活性中心，如酸性中心和堿性中心。如在加氫反應(yīng)中需要選擇非酸性載體，而在加氫裂化中需要選擇酸性載體。載體的酸堿性也可以影響反

20、應(yīng)方向。如CO和H2的反應(yīng)，Pd負載在酸性載體上作催化劑，產(chǎn)品為甲醇；Pd負載在堿性載體上作催化劑，產(chǎn)品為甲烷。4、延長催化劑壽命：、延長催化劑壽命：1）提高耐熱性：一般用耐火材料作為載體。燒結(jié)：一定溫度下活性組分顆粒接觸面上的原子或分子會發(fā)生作用，使粒子增大。燒結(jié)開始的溫度有兩種表示方法：在結(jié)晶表面由原子開始移動的溫度TH 0.3 Tm （金屬熔點）；晶格開始松動的溫度TT 0.5 Tm （金屬熔點）。金屬在載體上的分散提高了金屬燒結(jié)的溫度。2）提高耐毒性：使活性組分高分散；載體可以吸附部分毒物，甚至可以分解部分毒物。3）提高傳熱系數(shù)：可以防止催化劑床層的過熱而導致催化劑活性下降。4）催化劑

21、活性組分的穩(wěn)定化：降低某些易升華活性組分如MoO3、Re2O7、P2O5、Te的損失，延長催化劑的壽命。4.2 載體的種類載體的種類1、按比表面大小分類、按比表面大小分類（1）低比表面積載體：如SiC、金剛石、沸石等，比表面 20 m2/g。這類載體對所負載的活性組分沒有太大影響。1）無孔低比表面載體：如石英粉、SiC、剛鋁石等，比表面 1 m2/g，特點是硬度高、導熱性好、耐熱性好，常用于熱效應(yīng)較大的氧化反應(yīng)中。2）有孔低比表面載體：如沸石、SiC的粉末燒結(jié)材料、耐火磚、硅藻土等，比表面 20 m2/g。（2）高比表面積載體：如活性碳、Al2O3、硅膠、硅酸鋁和膨潤土等，比表面可高達1000

22、 m2/g。2、按酸堿性分類、按酸堿性分類（1）堿性材料：MgO (2800C); CaO (1975C); ZnO (1975C); MnO2 (1600C)。 （2）兩性材料：Al2O3 (2015C); TiO2 (1825C); ThO2 (3050C); Ce2O3 (1692C); CeO2 (2600 C); CrO3 (2600 C)。 （3）中性材料：MgAl2O4 (2135C); CaAl2O4 (1600C); Ca3Al2O4 (1533C分解); MgSiO2 (1910C); Ca2SiO4 (2130C); CaTiO3(1975C); CaZnO3 (2550

23、 C); MgSiO3 (1557 C); Ca2SiO3 (1540 C); 碳。（4）酸性材料：SiO2 (1713C); SiO2 + Al2O3; 沸石; 磷酸鋁; 碳。 4.3 幾種主要載體幾種主要載體1、Al2O3：工業(yè)催化劑用得最多的載體。價格便宜，耐熱性高，活性組分的親和性很好。從結(jié)構(gòu)角度來講，氧化鋁有很多種。通常由鋁鹽制備出氫氧化鋁，后者脫水即得氧化鋁。在制備過程中經(jīng)歷三種不同的水和狀態(tài)：Al2O33H2O或Al(OH)3，包括拜爾石和水鋁石；Al2O3H2O或AlO(OH)，主要是水軟鋁石；Al2O3nH2O（n B4C TiC (600 C)。所以只有SiC可以作為載體。

24、8、分子篩分子篩若用上述分子篩作載體，則僅使具有特定大小的分子在微孔內(nèi)反應(yīng)，或者是僅有特定大小的分子生成，這就是擇形性催化劑。分子篩是結(jié)晶硅鋁酸鹽，SiO4四面體和AlO4四面體共用氧原子，縮合為三元立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的硅酸鋁，形成氧原子的412元環(huán)的孔道。沸石中Si被P取代就形成磷酸鋁，其中14種AlPO4具有微孔結(jié)構(gòu)，6種AlPO4具有二維層狀結(jié)構(gòu)。AlPO4的熱穩(wěn)定性很高，在1000C還可保持立體結(jié)構(gòu)，孔容為0.040.35cm3/g，孔徑為0.30.8nm，具有固體酸性，但不能進行離子交換。MCM系列分子篩是一種新型的介孔分子篩。1992年Mobil公司報道了一類孔徑可在1.5 20nm之間

25、調(diào)變的新型M41S分子篩。具有很高的熱穩(wěn)定性、水熱穩(wěn)定性和耐酸堿性。如MCM41是一種具有六方柱棱狀一維線型孔道的分子篩，孔徑在1.5 10nm之間，幾乎無強酸中心，主要以弱酸和中等強度的酸中心為主。沸石分子篩最突出的特點在于其擇形性：1）反應(yīng)物選擇性。不允許太大的分子擴散進入沸石孔道；2）產(chǎn)物擇形性。僅允許反應(yīng)期間所生成的較多小分子擴散離開孔道；3）過渡態(tài)受阻的選擇性。若反應(yīng)的過渡態(tài)產(chǎn)物所需要的空間比可用的孔道還大，則這反應(yīng)不能進行；4）分子運行限制。在具有兩類孔道的沸石中，由于兩類孔道不同的孔窗和幾何特性，反應(yīng)物分子可優(yōu)先通過一類孔道進入沸石，反應(yīng)后則由于沸石對體積或形狀的限制產(chǎn)物經(jīng)過另一

26、類孔道離開沸石，這樣將反擴散較小到最低程度；5）孔窗靜電效應(yīng)造成的選擇性。靜電效應(yīng)起源于孔窗處的電場與反應(yīng)物分子偶極距之間的相互作用。這種作用或允許或禁止反應(yīng)物分子擴散到沸石中，但在這種孔窗擇性情況下不一定不能反應(yīng)。4.4 對載體的要求和選擇對載體的要求和選擇載體除了分散穩(wěn)定催化活性物質(zhì)，還有一些重要作用：金屬與載體間的相互作用；載體在雙功能催化劑中的作用；發(fā)生在金屬和氧化物載體之間的溢流作用。選擇載體應(yīng)注意下列性能和問題：1）良好的機械性能；2）幾何狀態(tài)；3）化學性質(zhì)；4）經(jīng)濟核算；5）熱穩(wěn)定性。催化劑的物理結(jié)構(gòu)：組成固體催化劑各粒子或粒子聚集的大小、形狀與孔隙結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的表面積、孔體積、孔大小的分布及與此相關(guān)的機械強度。具體地包括：催化劑的外形、顆粒的大小、真密度、顆粒密度、堆密度、比表面、孔容積、孔徑分布、活性組分的分散度及機械強度等。5.1 催化劑的物理結(jié)構(gòu)對催化反應(yīng)的影響催化劑的物理結(jié)構(gòu)對催化反應(yīng)的影響催化劑上的反應(yīng)速率：fSrrgsrS是催化劑單位表面上的反應(yīng)速率（比活性）；Sg為催化劑的比表面；f為催化劑的內(nèi)表面利用率。工業(yè)催化劑在較高溫度下，比活性rS取決于催化劑的化學組成，是一個常數(shù)，因此對一定化學組成的催化劑其活性取決于Sg和f。5.2 催化劑的形狀選擇催化劑的形狀選擇工業(yè)裝置中必須選擇一定外形的固體催化劑，使壓力降下降，又必須