《工业催化基础》讲义课件.ppt

1、工业催化基础讲义工业催化基础讲义第一节 沉淀法 一、各种沉淀法一、各种沉淀法1、单组分沉淀法、单组分沉淀法 如如 Al2O3、MgO等的制备。等的制备。2、多组分沉淀法（共沉淀法）、多组分沉淀法（共沉淀法）两个或两个以上催化剂组分同时沉淀，如两个或两个以上催化剂组分同时沉淀，如Cu-ZnO系催化剂的制备。系催化剂的制备。3 3、均匀沉淀法、均匀沉淀法 该法首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造该法首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合，造成一个十分均匀的体系，然后调节温度，逐步提高成一个十分均匀的体系，然后调节温度，逐步提高 pH 值，或在体系中逐渐生成沉淀剂等方法，创造形值，或在体系中逐渐生

2、成沉淀剂等方法，创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢进行，以制得颗粒十分成沉淀的条件，使沉淀缓慢进行，以制得颗粒十分均匀的固体。均匀的固体。工业催化与反应工程研究室 2工业催化基础讲义第一节 沉淀法 工业催化与反应工程研究室 3工业催化基础讲义第一节 沉淀法 4、浸渍沉淀法、浸渍沉淀法 将盐溶液浸渍到载体后，再加沉淀剂，使待将盐溶液浸渍到载体后，再加沉淀剂，使待沉淀组分沉积在载体上，制成催化剂。沉淀组分沉积在载体上，制成催化剂。5、导晶沉淀法、导晶沉淀法 借助晶化导向剂（晶种），引导非晶型沉淀借助晶化导向剂（晶种），引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的有效方法。如以水玻璃为转化为晶型沉淀的有效方法。如以水

3、玻璃为原料制高硅钠型分子筛等。原料制高硅钠型分子筛等。工业催化与反应工程研究室 4工业催化基础讲义第一节 沉淀法 6 6、超均匀共沉淀法、超均匀共沉淀法 前面的方法形成沉淀时，存在时间差或空间差。前面的方法形成沉淀时，存在时间差或空间差。要避免这种差异，可采用超均匀共沉淀法。要避免这种差异，可采用超均匀共沉淀法。基本原理：首先制成盐溶液的悬浮层，并将这些基本原理：首先制成盐溶液的悬浮层，并将这些悬浮层（一般为悬浮层（一般为2 23 3层）立即瞬间混合成为过饱层）立即瞬间混合成为过饱和的均匀溶液，然后由过饱和溶液得到超均匀的和的均匀溶液，然后由过饱和溶液得到超均匀的沉淀物。可见沉淀过程中可大大减

4、小时间差和空沉淀物。可见沉淀过程中可大大减小时间差和空间差，因此，可以形成超均匀沉淀物。间差，因此，可以形成超均匀沉淀物。工业催化与反应工程研究室 5工业催化基础讲义第一节 沉淀法 二、沉淀法操作的技术要点二、沉淀法操作的技术要点11、金属盐类和沉淀剂选择的一般原则：、金属盐类和沉淀剂选择的一般原则：（1）尽量选择溶解度大的金属盐；）尽量选择溶解度大的金属盐；（2）尽可能使用易分解挥发的沉淀剂；）尽可能使用易分解挥发的沉淀剂；（3）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。）形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。工业催化与反应工程研究室 6工业催化基础讲义第一节 沉淀法 2、沉淀形成的影响因素：、沉淀形成的影

5、响因素：（1）浓度；）浓度；（2）温度；）温度；（3）pH值；值；（4）加料方式和搅拌强度。）加料方式和搅拌强度。3、沉淀的成化和洗涤、沉淀的成化和洗涤 沉淀在其形成之后发生的一切不可逆变化，称为沉淀沉淀在其形成之后发生的一切不可逆变化，称为沉淀的陈化（熟化）。的陈化（熟化）。洗涤的主要目的是除去沉淀中的杂质。洗涤的主要目的是除去沉淀中的杂质。工业催化与反应工程研究室 7工业催化基础讲义第二节 浸渍法 一、浸渍法的工艺一、浸渍法的工艺1、工艺工艺流程流程 工业催化与反应工程研究室 8催化剂载体催化剂载体催化剂活性组分浸渍催化剂活性组分浸渍干燥干燥焙烧焙烧负载型催化剂负载型催化剂工业催化基础讲义

6、第二节 浸渍法 2、优点、优点（1）活性组分用量少（仅分布在载体表面）；）活性组分用量少（仅分布在载体表面）；（2）载体的选择余地大；）载体的选择余地大；（3）省去催化剂成型步骤。）省去催化剂成型步骤。工业催化与反应工程研究室 9工业催化基础讲义第二节 浸渍法 二、各种浸渍法二、各种浸渍法1、过量浸渍法；、过量浸渍法；将载体浸入过量的浸渍液中，待吸附平衡后，将载体浸入过量的浸渍液中，待吸附平衡后，沥去多余液体，干燥、焙烧后得催化剂成品。沥去多余液体，干燥、焙烧后得催化剂成品。2、等体积浸渍法；、等体积浸渍法；将载体与它正好可吸附体积的浸渍液混合，然将载体与它正好可吸附体积的浸渍液混合，然后干燥

7、、焙烧，得催化剂。该法能精确调节负后干燥、焙烧，得催化剂。该法能精确调节负载量。载量。工业催化与反应工程研究室 10/30工业催化基础讲义第二节 浸渍法 3、多次浸渍法；、多次浸渍法；经重复多次浸渍、干燥、焙烧过程，制得催化经重复多次浸渍、干燥、焙烧过程，制得催化剂。适合于制备高负载量的催化剂，或浸渍物剂。适合于制备高负载量的催化剂，或浸渍物的溶解度很小的负载型催化剂的制备。的溶解度很小的负载型催化剂的制备。4、浸渍沉淀法；、浸渍沉淀法；先浸渍而后沉淀的制备方法。适合于贵金属浸先浸渍而后沉淀的制备方法。适合于贵金属浸渍型催化剂的制备。渍型催化剂的制备。工业催化与反应工程研究室 11/30工业催

8、化基础讲义第二节 浸渍法 5、流化喷洒浸渍法；、流化喷洒浸渍法；将浸渍溶液直接喷洒到反应器中处于流化状将浸渍溶液直接喷洒到反应器中处于流化状态的载体上，完成浸渍后，接着进行干燥和态的载体上，完成浸渍后，接着进行干燥和焙烧，即可制得细粉状流化床催化剂。焙烧，即可制得细粉状流化床催化剂。6、蒸发浸渍法、蒸发浸渍法.借助浸渍化合物的挥发性，以蒸气的形态将借助浸渍化合物的挥发性，以蒸气的形态将其负载到载体上，即可制得催化剂。如采用其负载到载体上，即可制得催化剂。如采用SbFSbF5 5蒸气制备蒸气制备SbFSbF5 5/SiO/SiO2 2-Al-Al2 2O O3 3 超强酸催化剂超强酸催化剂等。等

9、。工业催化与反应工程研究室 12/30工业催化基础讲义第三节 溶胶凝胶法（Sol-gel法）一、基本原理：一、基本原理：胶体是多相体系，在稳定的胶体溶液中，胶体是多相体系，在稳定的胶体溶液中，减少胶体质点所带的电荷，胶体质点就会相减少胶体质点所带的电荷，胶体质点就会相互结合，这种结合称为凝结，这是溶胶凝互结合，这种结合称为凝结，这是溶胶凝胶法制备催化剂的基础。加入电解质是使胶胶法制备催化剂的基础。加入电解质是使胶体溶液凝结的重要方法。将这种凝结的胶体体溶液凝结的重要方法。将这种凝结的胶体经过熟化、洗涤、干燥、焙烧，即可制成催经过熟化、洗涤、干燥、焙烧，即可制成催化剂。化剂。工业催化与反应工程研

10、究室 13/30工业催化基础讲义第三节 溶胶凝胶法（Sol-gel法）二、胶体溶液常用的制备方法二、胶体溶液常用的制备方法 1、分散法：将大块的原料用胶体磨粉碎成胶、分散法：将大块的原料用胶体磨粉碎成胶体体系。体体系。2、凝聚法：将细小的质点结合成所需大小的、凝聚法：将细小的质点结合成所需大小的胶体。有物理凝聚法和化学凝聚法两种。胶体。有物理凝聚法和化学凝聚法两种。工业催化与反应工程研究室 14/30工业催化基础讲义第三节 溶胶凝胶法（Sol-gel法）三、催化剂的制备：三、催化剂的制备：胶体溶液制备胶体溶液制备 胶凝胶凝 熟化熟化 洗涤洗涤 干燥干燥 焙烧。焙烧。工业催化与反应工程研究室 1

11、5/30工业催化基础讲义第三节 溶胶凝胶法（Sol-gel法）四、溶胶凝胶法的优缺点四、溶胶凝胶法的优缺点1、优点：、优点：（1）可制高均匀、高比表面积的催化材料；）可制高均匀、高比表面积的催化材料；（2）较容易控制孔径和孔径分布；）较容易控制孔径和孔径分布；（3）较容易控制催化活性组分的组成；）较容易控制催化活性组分的组成；2、缺点：、缺点：（1）制备溶胶常用金属有机物，价格较贵；）制备溶胶常用金属有机物，价格较贵；（2）制备工艺复杂；）制备工艺复杂；（3）影响胶凝的因素较多，操作控制较严格。）影响胶凝的因素较多，操作控制较严格。工业催化与反应工程研究室 16/30工业催化基础讲义第四节 混

12、合法 混合法是工业上制造多组分催化剂最简单混合法是工业上制造多组分催化剂最简单的方法。其原理就是将组成催化剂的各组分的方法。其原理就是将组成催化剂的各组分以粉状粒子的形态，在球磨机或碾合机内边以粉状粒子的形态，在球磨机或碾合机内边磨细、边混合，使各组分粒子之间尽可能均磨细、边混合，使各组分粒子之间尽可能均匀分散，保证催化剂主剂与助剂及载体的充匀分散，保证催化剂主剂与助剂及载体的充分混合，然后制成催化剂。有以下两种制备分混合，然后制成催化剂。有以下两种制备方法：方法：工业催化与反应工程研究室 17/30工业催化基础讲义第四节 混合法 一、干混合法一、干混合法 将催化剂活性组分、助催化剂、载体、胶

13、粘剂、造将催化剂活性组分、助催化剂、载体、胶粘剂、造孔剂等放在混合器中，在干的状态下混合均匀，然孔剂等放在混合器中，在干的状态下混合均匀，然后成型、干燥、焙烧，即可制得催化剂。后成型、干燥、焙烧，即可制得催化剂。二、湿混合法二、湿混合法 活性组分往往以沉淀盐或氢氧化物的形式，加上助活性组分往往以沉淀盐或氢氧化物的形式，加上助催化剂、载体、胶粘剂等进行湿式碾合，然后进行催化剂、载体、胶粘剂等进行湿式碾合，然后进行挤条、干燥、焙烧，即可制得催化剂。挤条、干燥、焙烧，即可制得催化剂。工业催化与反应工程研究室 18/30工业催化基础讲义第四节 混合法 三、混合法的优缺点：三、混合法的优缺点：优点：方法

14、简单，生产量大，成本低；优点：方法简单，生产量大，成本低；缺点：催化剂的活性、热稳定性都较差。缺点：催化剂的活性、热稳定性都较差。工业催化与反应工程研究室 19/30工业催化基础讲义第五节 离子交换法 利用离子交换反应作为催化剂制备主要工利用离子交换反应作为催化剂制备主要工序的方法称为离子交换法。其原理是采用离序的方法称为离子交换法。其原理是采用离子交换剂作为载体，引入阳离子活性组分而子交换剂作为载体，引入阳离子活性组分而制成一种高分散、大比表面、均匀分布的金制成一种高分散、大比表面、均匀分布的金属离子催化剂或负载型金属催化剂。属离子催化剂或负载型金属催化剂。在离子交换法中，关键工艺是离子交换

15、剂在离子交换法中，关键工艺是离子交换剂的制备。通常的离子交换剂有：无机离子交的制备。通常的离子交换剂有：无机离子交换剂、有机强酸性阳离子交换树脂换剂、有机强酸性阳离子交换树脂、有机强碱、有机强碱性阴离子交换树脂等。性阴离子交换树脂等。工业催化与反应工程研究室 20/30工业催化基础讲义第五节 离子交换法 一、由无机离子交换剂制备催化剂（分子筛上金属离一、由无机离子交换剂制备催化剂（分子筛上金属离子的交换）子的交换）1、分子筛的制备：成胶、分子筛的制备：成胶 结晶结晶 洗涤洗涤 干燥干燥 焙烧。焙烧。2、分子筛上的离子交换：、分子筛上的离子交换：离子交换的顺序表（置换能力由大到小）：离子交换的顺

16、序表（置换能力由大到小）：工业催化与反应工程研究室 21/304AAg+,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+*表示常见的Na型分子筛形态工业催化基础讲义第五节 离子交换法 二、由离子交换树脂制备催化剂二、由离子交换树脂制备催化剂1、离子交换树脂骨架：、离子交换树脂骨架：聚苯乙烯，聚丙稀酸等聚苯乙烯，聚丙稀酸等

17、高聚物。高聚物。骨架中含有作为阳离子交换基团的骨架中含有作为阳离子交换基团的SO3H，称为强酸性阳离子交换树脂，（含有称为强酸性阳离子交换树脂，（含有COOH称为弱酸性阳离子交换树脂）；称为弱酸性阳离子交换树脂）；骨架中含有作为阴离子交换基团的季胺基，骨架中含有作为阴离子交换基团的季胺基，称为强碱性阴离子交换树脂。称为强碱性阴离子交换树脂。将离子交换树脂在水溶液中进行离子交换，将离子交换树脂在水溶液中进行离子交换，即可制备离子交换树脂催化剂。即可制备离子交换树脂催化剂。工业催化与反应工程研究室 22/30工业催化基础讲义第五节 离子交换法 2、优点、优点（1）有固定的孔结构，体积受溶剂的影响较

18、小；）有固定的孔结构，体积受溶剂的影响较小；（2）酸碱等活性位在内部，可避免反应器的腐）酸碱等活性位在内部，可避免反应器的腐蚀；蚀；（3）适用于气液相反应及非水体系。）适用于气液相反应及非水体系。3、缺点、缺点（1）热稳定性差，一般强酸型）热稳定性差，一般强酸型 120 ，强碱，强碱型型 60；（2）耐磨性差，机械强度低；）耐磨性差，机械强度低；（3）价格较贵。）价格较贵。工业催化与反应工程研究室 23/30工业催化基础讲义第六节 热熔融法 热熔融法是制备某些催化剂较特殊的方法。热熔融法是制备某些催化剂较特殊的方法。适合于少数必须经熔炼过程的催化剂。适合于少数必须经熔炼过程的催化剂。特点是在熔

19、融温度下，催化剂各个组分熔炼特点是在熔融温度下，催化剂各个组分熔炼成为均匀分布的混合物固溶体晶格间的成为均匀分布的混合物固溶体晶格间的高度分散状态。同时，催化剂具有高的强度、高度分散状态。同时，催化剂具有高的强度、热稳定性、寿命和特殊的活性。热稳定性、寿命和特殊的活性。工业催化与反应工程研究室 24/30工业催化基础讲义第六节 热熔融法 一、合成氨熔铁催化剂一、合成氨熔铁催化剂 组成：组成：Fe2O3：66%；FeO：31%；K2O：1%；Al2O3：1.8%。二、骨架镍二、骨架镍(Raney Ni)、钴、铜催化剂、钴、铜催化剂 其合金中的其合金中的Al用碱等溶掉后，形成海绵状金用碱等溶掉后，

20、形成海绵状金属催化剂。属催化剂。工业催化与反应工程研究室 25/30工业催化基础讲义第七节 固体催化剂的成型 一、压片成型一、压片成型 常用用压片机压片成型。常用用压片机压片成型。二、挤条成型二、挤条成型 常用挤条机挤出成型。常用挤条机挤出成型。三、油中成型三、油中成型 常用于生产高纯度氧化铝、硅胶小球。常用于生产高纯度氧化铝、硅胶小球。工业催化与反应工程研究室 26/30工业催化基础讲义第七节 固体催化剂的成型 四、喷雾成型四、喷雾成型 用喷雾干燥的原理制备粉体催化剂。用喷雾干燥的原理制备粉体催化剂。五、转动成型五、转动成型 在旋转盘中转动长大成球状催化剂。在旋转盘中转动长大成球状催化剂。工

21、业催化与反应工程研究室 27/30工业催化基础讲义第八节 催化剂的干燥与焙烧 一、干燥过程一、干燥过程 干燥过程是较低温度下的热处理，有以下干燥过程是较低温度下的热处理，有以下几个阶段：几个阶段：1、初期阶段：孔隙物质表面受内部伸张而产、初期阶段：孔隙物质表面受内部伸张而产生张应力，而内部各层却受到表面的压缩而生张应力，而内部各层却受到表面的压缩而产生压应力；产生压应力；2、中间阶段：内部张应力和外部压应力平衡；、中间阶段：内部张应力和外部压应力平衡；3、终了阶段：与初期阶段相反，外部受压应、终了阶段：与初期阶段相反，外部受压应力而内部受张应力。力而内部受张应力。工业催化与反应工程研究室 28

22、/30工业催化基础讲义第八节 催化剂的干燥与焙烧 二、焙烧二、焙烧 焙烧是继干燥后的又一热处理过程，目的是：焙烧是继干燥后的又一热处理过程，目的是：1、通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发、通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性杂质；性杂质；2、借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的、借助固态反应、互溶、再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等；晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等；3、让微晶适度的烧结，提高产品的机械强度。、让微晶适度的烧结，提高产品的机械强度。可见，焙烧存在着物料的晶粒成长、晶粒分可见，焙烧存在着物料的晶粒成长、晶粒分配、催化剂活化等非常重要的过程，对催化配、催化剂活化等非常重要的过程，对催化剂的性能有很大的影响。剂的性能有很大的影响。工业催化与反应工程研究室 29/30