脂肪醇选择性催化氧化催化剂和工艺技术

脂肪醇选择性催化氧化催化剂和工艺技术

脂肪醇选择性催化氧化催化剂和工艺技术

①项目简介

脂肪醇的选择性氧化是精细化工中关键技术,相应的产品是合成医药,香料,电子化学品的重要中间体。诸如甲醇选择性氧化制甲醛、乙二醇选择性氧化合成乙二醛和l,2丙二醇选择性氧化合成丙酮醛等,该技术系列的高效催化剂的研制直接影响到产品收率和质量。本研究团队在该技术领域有近30年的研究基础,开发了多项生产工艺技术和催化剂,其中在银催化工业技术处于国际先进水平。先后获得教育部、上海市和中国化学工业科学技术进步一等奖。

②技术指标

对于C

1-C

3

脂肪醇转化率大于99%,产品为36-40%水溶液。

催化剂常用制备方法

催化剂常用制备方法 固体催化剂的构成 ●载体(Al2O3 ) ●主催化剂(合成NH3中的Fe) ●助催化剂(合成NH3中的K2O) ●共催化剂(石油裂解SiO2-Al2O3 催化剂制备的要点 ●多种化学组成的匹配 –各组分一起协调作用的多功能催化剂 ●一定物理结构的控制 –粒度、比表面、孔体积 基本制备方法: ?浸渍法(impregnating) ?沉淀法(depositing) ?沥滤法(leaching) ?热熔融法(melting) ?电解法(electrolyzing) ?离子交换法(ion exchanging) ?其它方法 固体催化剂的孔结构 (1)比表面积Sg 比表面积:每克催化剂或吸附剂的总面积。 测定方法:根据多层吸附理论和BET方程进行测定和计算 注意:测定的是总表面积,而具有催化活性的表面积(活性中心)只占总表面的很少一部分。 内表面积越大,活性位越多,反应面越大。 (2)催化剂的孔结构参数 密度:堆密度、真密度、颗粒密度、视密度 比孔容(Vg):1克催化剂中颗粒内部细孔的总体积. 孔隙率(θ):颗粒内细孔的体积占颗粒总体积的分数. (一) 浸渍法 ?通常是将载体浸入可溶性而又易热分解的盐溶液(如硝酸盐、醋酸盐或铵盐等)中进 行浸渍,然后干燥和焙烧。 ?由于盐类的分解和还原,沉积在载体上的就是催化剂的活性组分。 浸渍法的原理 ●活性组份在载体表面上的吸附

●毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部 ●提高浸渍量(可抽真空或提高浸渍液温度) ●活性组份在载体上的不均匀分布 浸渍法的优点 ?第一,可使用现成的有一定外型和尺寸的载体材料,省去成型过程。(如氧化铝,氧 化硅,活性炭,浮石,活性白土等) ?第二,可选择合适的载体以提供催化剂所需的物理结构待性.如比表面、孔径和强 度等。 ?第三,由于所浸渍的组分全部分布在载体表面,用量可减小,利用率较高,这对贵 稀材料尤为重要。 ?第四,所负载的量可直接由制备条件计算而得。 浸渍的方法 ?过量浸渍法 ?等量浸渍法 ?喷涂浸渍法 ?流动浸渍法 1.1、过量浸渍法 ?即将载体泡入过量的浸渍液中,待吸附平衡后,过滤、干燥及焙烧后即成。 ?通常借调节浸渍液浓度和体积来控制负载量。 1.2、等量浸渍法 ?将载体与它可吸收体积相应的浸渍液相混合,达到恰如其分的湿润状态。只要混合 均匀和干燥后,活性组分即可均匀地分布在载体表面上,可省却过滤和母液回收之累。但浸渍液的体积多少,必须事先经过试验确定。 ?对于负载量较大的催化剂,由于溶解度所限,一次不能满足要求;或者多组分催化 剂,为了防止竞争吸附所引起的不均匀,都可以来用分步多次浸渍来达到目的。 1.3.多次浸渍法 ●重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性物质含量较高的催化剂 ●可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附 1.4浸渍沉淀法 将浸渍溶液渗透到载体的空隙,然后加入沉淀剂使活性组分沉淀于载体的内孔和表面 (二) 沉淀法 ?借助于沉淀反应。用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转变为难溶化合物。经过分离、 洗涤、干燥和焙烧成型或还原等步骤制成催化剂。这也是常用于制备高含量非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂的一种方法。 ?共沉淀、均匀沉淀和分步沉淀 2.1、共沉淀方法 将催化剂所需的两个或两个以上的组分同时沉淀的一个方法,可以一次同时获得几个活性组分且分布较为均匀。为了避免各个组分的分步沉淀,各金属盐的浓度、沉淀剂的浓度、介质

催化剂制备方法

催化剂制备 共沉淀法 按照Co3O4和CeO2在催化剂中的比例,计算出所需0.5mol/L Ce(NO3)3溶液的体积和Co(NO3)2?6H2O 的质量。将钴、铈的硝酸盐混合溶液与沉淀剂碳酸钠并流滴定。沉淀过程中,始终保持沉淀液的pH 值在8.5~9.5 之间。在室温下搅拌 3 小时。按50mL 蒸馏水/g.cat 的比例用80℃蒸馏水洗涤三次,在80℃下干燥24 小时,一定温度下焙烧5 小时,制得不同比例的钴、铈混合氧化物催化剂。 浸渍法 考察制备方法对催化剂的活性影响时,用到了浸渍法,具体步骤如下:取一定量的0.5mol/L Ce(NO3)3溶液,与沉淀剂碳酸钠并流滴定。沉淀过程中,始终保持沉淀液的pH值在8.5~9.5之间。在室温下搅拌3小时。按50mL蒸馏水/g.cat的比例用80℃蒸馏水洗涤三次,在80℃下干燥24小时,得到CeO2载体的前驱体。按比例取一定量的Co(NO3)2?6H2O,采用等体积浸渍方法将Co(NO3)2溶液浸渍于载体前驱体上,再于室温下放置过夜。一定温度下焙烧5小时,制得Co3O4-CeO2催化剂。 活性 原料气空速为40,000ml/h gcat。原料组成为:1 vol.% O2,1 vol.% CO,50 vol.% H2,N2平衡气;Co3O4-CeO2催化剂的制备方法及钴含量、焙烧温度等制备条件对催化剂的活性有很大影响,本实验范围内的最佳条件为:共沉淀法制备,Co3O4含量为80wt.%,焙烧温度为350℃,采用氧化预处理。

从图4-4 至图4-6 可见,共沉淀法制备的催化剂活性明显好于浸渍法的催化剂。共沉淀法的15wt.%Co3O4-CeO2在175℃时达到100%的CO 转化率,而浸渍法的15wt.%Co3O4-CeO2在200℃实现CO 的完全转化。图4-6 显示浸渍法制得的催化剂选择性略好于共沉淀法,但若对比在相同CO 转化率时的选择性,则可看出制备方法对选择性没有明显的影响 二 催化剂酌制备 溶胶一凝胶法 采用溶胶一凝胶法制备介孔ceO,载体.首先向不断搅拌的十六烷基三甲基溴化铵(CTABr)(36.5g/L)溶液中加人一定量的氨水(20%),直到获得澄清透明的模板剂溶液.将硝酸铈溶液(43.4 g/L)逐滴加入到模板剂溶液中,并在强烈搅拌的情况F使其混合均匀.用氨水将上述溶液的pH值调到11左右。然后搅拌至形成溶胶.将溶胶移入带聚四氟乙烯内衬的不锈钢晶化釜内,100℃晶化5 d,过滤分离出固体产物,用去离子水和乙醇分别洗涤三次,于80℃烘箱中干燥24 h,然后在马弗炉中以5℃/min的速率升温至450℃煅烧4 h,制得介孔Cc02.非介iL CeCh(non—meso—Ce02)载体与介孔CeO:载体制备过程相同,但

催化剂制备方法大全

催化剂制备方法简介 1、催化剂制备常规方法 (1)浸渍法 a过量浸渍法 b等量浸渍法(多次浸渍以防止竞争吸附) (2)沉淀法(制氧化物或复合氧化物)(注意加料顺序:正加法或倒加法,沉淀剂加到盐溶液为正,反之为倒加) a单组分沉淀法 b多组分共沉淀法 c均匀沉淀法(沉淀剂:尿素) d超均匀沉淀法 (NH4HCO3和NH4OH组成的缓冲溶液pH=9) e浸渍沉淀法 浸渍沉淀法是在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法发展起来的,即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体,待浸渍单元操作完成后,加热升温使待沉淀组分沉积在载体表面上。此法,可以用来制备比浸渍法分布更加均匀的金属或金属氧化物负载型催化剂。 f导晶沉淀法 本法是借晶化导向剂(晶种)引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的快速有效方法。举例:以廉价易得的水玻璃为原料的高硅酸钠型分子筛,包括丝

光沸石、Y型、X型分子筛。 (3)共混合法 混合法是将一定比例的各组分配成浆料后成型干燥,再经活化处理即可。如合成气制甲醇用的催化剂就是将氧化锌和氧化铬放在一起混合均匀(适当加入铬酐的水溶液和少许石墨)然后送入压片机制成圆柱形,在100 o C烘2h即可。 (4)热分解法 硝酸盐、碳酸盐、甲酸盐、草酸盐或乙酸盐。 (5)沥滤法 制备骨架金属催化剂的方法,Raney 镍、铜、钴、铁等。 (6)热熔融法 合成氨催化剂Fe-K2O-Al2O3;用磁铁矿Fe3O4、KNO3和Al2O3高温熔融而得。 (7)电解法 用于甲醇氧化脱氢制甲醛的银催化剂,通常用电解法制备。该法以纯银为阳极和阴极,硝酸银为电解液,在一定电流密度下电解,银粒在阴极析出,经洗涤、干燥和活化后即可使用。

制备方法对催化剂性质的影响

28 洁净煤技术 2008年第14卷第4期 制备方法对催化剂性质的影响 苗 鹏,徐振刚,王乃继 (煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,北京100013) 摘要:以活性氧化铝为载体,以硝酸钴为钴源考察了制备方法对催化剂物化性质的影响,采用浸渍法分别用慢速干燥法和快速干燥法制备不同钴含量的Co /A l 2O 3催化剂。表征结果表明:不同干燥方法制得的F T 合成催化剂的性质具有比较大的差异。 关键词:浸渍法;钴基催化剂;比表面积 中图分类号:TQ 426;O 643 36 文献标识码:A 文章编号:1006 6772(2008)04 0028-03 收稿日期:2008-05-12 作者简介:苗鹏(1983-),男,山东滨州人,2005年8月毕业于山东科技大学,同年进入煤炭科学研究总院攻读硕士学位。 干燥过程对催化剂活性组分的分布有较大的影响。B .德尔蒙、陈信华等[1,2] 认为干燥过程中迁移 和活性组分再分布情况,除浸渍操作外,干燥速率对负载型催化剂活性组分分布亦有影响。当溶液从载体颗粒表面蒸发的速率小于表面张力作用下溶液从颗粒内迁移的速率时,称为慢速干燥。慢速干燥时,热量从载体颗粒外部传递到其内部,产生一个温度梯度,载体颗粒外表面上或靠近外表面的毛细孔中的溶剂总是先蒸发,随着载体颗粒外部溶剂的蒸发,内部溶质随同溶剂一起向载体颗粒外部迁移,当溶液达到饱和浓度时,溶质开始从载体颗粒外部或颗粒孔口处沉淀出来。溶剂不断蒸发,溶质迁移不断沉淀,使得载体颗粒表面上活性组分含量高于颗粒内部,引起活性组分分布不均匀。而快速干燥过程中,溶液蒸发速率大于毛细管内迁移速率,孔内弯月形液面在干燥过程中不断下降,当活性组分浓度达到饱和时,活性组分就会沉积在孔壁或扩散到剩余的溶液中,活性组分形成均匀分布。 1 实验部分 浸渍法制备催化剂的过程可以分为浸渍,干燥,焙烧3个部分。其中,浸渍液的浓度,浸渍时间,以及之后的干燥,焙烧都会对催化剂造成影响。制取的催化剂浸渍时间均为24h ,不予考虑浸渍时间的影响。 为了制取不同质量分数的催化剂,配制了不同 浓度的硝酸钴浸渍液。浸渍结束后,一部分采用慢速干燥,在较低温250!灼烧;另一部分采用红外快速干燥,较高温400!灼烧。然后对制备的催化剂进行表征,研究不同的制备方式对催化剂结构,性质的影响。将慢速干燥,低温灼烧的制备方式称为方法一,所制备的催化剂称为催化剂?;快速干燥,高温灼烧的制备方式则称为方法二,所制备的催化剂称为催化剂#。1 1 表征方法 (1)X 射线衍射(XRD )(2)扫描电镜(SE M )(3)透射电镜(TE M )(4)比表面及孔结构测试(5)程序升温还原(TPR )测试 1 2 形貌特征 虽然催化剂平均孔径较小,制备的催化剂颗粒尺寸也较小,但是扫描电镜中还是能够看到明显的催化剂颗粒。选取两幅SE M 图片比较,如图1所示。可以看出,催化剂#颗粒尺寸要小于催化剂?的颗粒尺寸。 为了更明显的比较两者的区别,将催化剂的TE M 图片对比列于图2中。显然,催化剂#更趋向于不规则,这应该是由于快速干燥所造成的结晶程度较低造成的。1 3 晶相特征 采用Scherer 公式可计算出2种制备方法下的

催化剂制备方法大全

催 化 剂 的 制 备 方 法 与 成 型 技 术 总 结 应用化学系1202班 王宏颖 2012080201

催化剂的制备方法与成型技术 一、固体催化剂的组成: 固体催化剂主要有活性组分、助剂和载体三部分组成: 1.活性组分:主催化剂,是催化剂中产生活性的部分,没有它催化剂就不能产生催化作用。 2.助剂:本身没有活性或活性很低,少量助剂加到催化剂中,与活性组分产生作用,从而显著改善催化剂的活性和选择性等。 3.载体:载体主要对催化活性组分起机械承载作用,并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构;提高催化剂的热稳定性和抗毒能力;减少催化剂用量,降低成本。 目前,国内外研究较多的催化剂载体有:SiO2,Al2O3、玻璃纤维网(布)、空心陶瓷球、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、活性炭,Y、β、ZSM-5分子筛,SBA-15、MCM-41、LaP04等系列载体。 二、催化剂传统制备方法 1、浸渍法 (1)过量浸渍法 (2)等量浸渍法(多次浸渍以防止竞争吸附) 2、沉淀法(制氧化物或复合氧化物)(注意加料顺序:正加法或倒加法,沉淀剂 加到盐溶液为正,反之为倒加) (1)单组分沉淀法 (2)多组分共沉淀法 (3)均匀沉淀法(沉淀剂:尿素) (4)超均匀沉淀法 (NH4HCO3和NH4OH组成的缓冲溶液pH=9) (5)浸渍沉淀法 浸渍沉淀法是在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法发展起来的,即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体,待浸渍单元操作完成后,加热升温使待沉淀组分沉积在载体表面上。此法,可以用来制备比浸渍法分布更加均匀的金属或金属氧化物负载型催化剂。 (6)导晶沉淀法 本法是借晶化导向剂(晶种)引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀的快速有效方法。举例:以廉价易得的水玻璃为原料的高硅酸钠型分子筛,包括丝光沸石、Y型、X型分子筛。 3、共混合法 混合法是将一定比例的各组分配成浆料后成型干燥,再经活化处理即可。如合成气制甲醇用的催化剂就是将氧化锌和氧化铬放在一起混合均匀(适当加入铬

催化剂的设计

存檔日期:存檔編號: 北京化工大學 研究生課程論文 課程名稱:_____________ 課程代號:_____________ 任課教師:_____________ 完成日期:____年___月___日 專業:_____________ 學號:_____________ 姓名:_____________ 成績:_____________

提高中光催化水分解光催化材料效率的半導體異質結型催化劑CaFe2O4–PbBi2Nb1.9W0.1O9設計 一、設想的描述 1、光催化水分解的目的及應用價值。 氫能已被普遍認為是一種理想、無污染的綠色能源,其燃燒值高且燃燒後唯一的產物是水,對環境不會造成任何污染,因此,氫能開發是解決能源危機和環境問題的理想途徑。在眾多氫能開發的手段和途徑中,通過光催化劑,利用太陽能光催化分解水制氫是最為理想和最有前途的手段之一;而開發高效、廉價的實用光催化劑是實現這一過程的關鍵,也成為當前國際能源材料領域的研究熱點之一。 2、光催化分解水反應機理 像其他的催化反應一樣,光催化水的分解開始當一個半導體催化劑開始吸收比它的帶隙能量強的光子。這些吸收使得處於導帶的電子被激發並且在半導體的價電子帶產生了空穴就像圖1展示的那樣。[1]光電子和空穴氧化和還原水,產生了2:1混合著的氫氣和氧氣通過以下的反應。 氧化反應:H2O + 2h+→2H+ + 1/2O2(1) 還原反應:2H+ + 2e?→H2 (2) 總的反應方程式:H2O →H2 + 1/2O2 (3) 總的反應方程包括四個電子轉移(每生成摩爾氧氣)通常是通過金屬和金屬氧化物助催化劑(在圖中用cat1和cat2表示)附著在半導體表面。這些助催化劑為催化反應提供電子和反應的活性中心。[2]這個反應包括標準Gibbs自由能變化△G=237KJ/mol(1.23eV每轉移一個電子)。實際上,一些超電勢可以加速

催化剂的制备方法及成型

催化剂的制备方法及成型 一催化剂的制备方法 1.1浸渍法 将含有活性组分(或连同助催化剂组分)的液态(或气态)物质浸载在固态载体表面上。此法的优点为:可使用外形与尺寸合乎要求的载体,省去催化剂成型工序;可选择合适的载体,为催化剂提供所需的宏观结构特性,包括比表面、孔半径、机械强度、导热系数等;负载组分仅仅分布在载体表面上,利用率高,用量少,成本低。广泛用于负载型催化剂的制备,尤其适用于低含量贵金属催化剂。 影响浸渍效果的因素有浸渍溶液本身的性质、载体的结构、浸渍过程的操作条件等。浸渍方法有:①超孔容浸渍法,浸渍溶液体积超过载体微孔能容纳的体积,常在弱吸附的情况下使用;②等孔容浸渍法,浸渍溶液与载体有效微孔容积相等,无多余废液,可省略过滤,便于控制负载量和连续操作;③多次浸渍法,浸渍、干燥、煅烧反复进行多次,直至负载量足够为止,适用于浸载组分的溶解度不大的情况,也可用来依次浸载若干组分,以回避组分间的竞争吸附;④流化喷洒浸渍法,浸渍溶液直接喷洒到反应器中处在流化状态的载体颗粒上,制备完毕可直接转入使用,无需专用的催化剂制备设备;⑤蒸气相浸渍法,借助浸渍化合物的挥发性,以蒸气相的形式将它负载到载体表面上,但活性组分容易流失,必须在使用过程中随时补充。 1.2沉淀法 用淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶或不溶化合物,经分离、洗涤、干燥、煅烧、成型或还原等工序,制得成品催化剂。广泛用于高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。沉淀法有: ①共沉淀法,将催化剂所需的两个或两个以上的组分同时沉淀的一种方法。其特点是一次操作可以同时得到几个组分,而且各个组分的分布比较均匀。如果组分之间形成固体溶液,那么分散度更为理想。为了避免各个组分的分步沉淀,各金属盐的浓度、沉淀剂的浓度、介质的pH值及其他条件都须满足各个组分一起沉淀的要求。 ②均匀沉淀法,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,逐渐提高pH值,或在体系中逐渐生成沉淀剂等,创造形成沉淀的条件,使沉淀缓慢地进行,以制取颗粒十分均匀而比较纯净的固体。例如,在铝盐溶液中加入尿素,混合均匀后加热升温至90~100℃,此时体系中各处的尿素同时水解,放出OH-离子: 于是氢氧化铝沉淀可在整个体系中均匀地形成。 ③超均匀沉淀法,以缓冲剂将两种反应物暂时隔开,然后迅速混合,在瞬间内使整个体系在各处同时形成一个均匀的过饱和溶液,可使沉淀颗粒大小一致,组分分布均匀。苯选择加氢的镍/氧化硅催化剂的制法是:在沉淀槽中,底部装入硅酸钠溶液,中层隔以硝酸钠缓冲剂,上层放置酸化硝酸镍,然后骤然搅拌,静置一段时间,便析出超均匀的沉淀物。 ④浸渍沉淀法,在浸渍法的基础上辅以均匀沉淀法,即在浸渍液中预先配入沉淀剂母体,待浸渍操作完成后加热升温,使待沉淀组分沉积在载体表面上。 混合法多组分催化剂在压片、挤条等成型之前,一般都要经历这一步骤。此法设备简单,操作方便,产品化学组成稳定,可用于制备高含量的多组分催化剂,尤其是混合氧化物催化剂,但此法分散度较低。 混合可在任何两相间进行,可以是液-固混合(湿式混合),也可以是固-固混合(干式混合)。混合的目的:一是促进物料间的均匀分布,提高分散度;二是产生新的物理性质(塑性),便于成型,并提高机械强度。

第二章催化剂制备、性能评价及使用技术

第二章催化剂的制备、性能评价及使用技术 1.多相催化剂常用哪些方法来制备?为什么制备固体催化剂都需要经过热处理,其目的是什么? 多相催化剂常用的制备方法有:(1)天然资源的加工,结构不同,含量不同的硅铝酸盐采用不同的方法和条件加工后能适用于某一特定的催化反应;(2)浸渍法,将载体置于含活性组分的溶液中浸泡,达到平衡后将剩余液体除去,再经干燥、煅烧、活化等步骤即得催化剂。此法要求浸渍溶液中所含活性组分溶解度大、结构稳定、受热后分解为稳定的化合物;(3)滚涂法和喷涂法,滚涂法是将活性组分先放在一个可摇动的容器中,再将载体布于其上,经过一段时间的滚动,活性组分逐渐粘附其上,为了提高滚涂效果,有时也添加一定的粘合剂。喷涂法与滚涂法类似,但活性组分不同载体混在一起,而是用喷枪附于载体上;(4)沉淀法,在含金属盐类的水溶液中,加进沉淀剂,以便生成水合氧化物、碳酸盐的结晶或凝胶。将生成的沉淀物分离、洗涤、干燥后,即得催化剂;(5)共混合法:将活性组分与载体机械混合后,碾压至一定程度,再经挤条成型,最后缎烧活化;(6)沥滤法(骨架催化剂的制备方法),将活性组分金属和非活性金属在高温下做成合金,经过粉碎,再用苛性钠来溶解非活性金属即得;(7)离子交换法: 是在载体上金属离子交换而负载的方法, 合成沸石分子筛一般也是先做成Na型,需经离子交换后方显活性;(8) 均相络合催化别的固载化: 将均相催化剂的活性组分移植于载体上, 活性组分多为过渡金属配合物,载体包括无机载体和有机高分子载体。优点是活性组分的分散性好,而且可根据需要改变金属离子的配体。制备各固体催化剂,无论是浸渍法,沉淀法还是共混合法,有的钝态催化剂经过缎烧就可以转变为活泼态,有的还需要进一步活化。 所以,催化剂在制备好以后,往往还要活化;除了干燥外,还都需要较高温度的热处理-煅烧的目的:1)通过热分解除掉易挥发的组分而保留一定的化学组成,使催化剂具有稳定的催化性能。2)借助固态反应使催化剂得到一定的晶型、晶粒大小、孔隙结构和比表面。3)提高催化剂的机械强度。 2.沉淀法制备催化剂的原理是什么?金属盐和沉淀剂的选择原则是什么? 沉淀法制备催化剂的原理是沉淀反应,金属盐一般首选硝酸盐来提供无机催化剂材料所需的阳离子;金、铂、钯等贵金属不溶于硝酸,但可溶于王水。 沉淀剂的选择原则是:(1)尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂;(2)沉淀便于过滤和洗涤;(3)沉淀剂自身的溶解度要足够大;(4)沉淀物的溶解度应很小;(5)沉淀剂必须无毒,不造成环境污染。

催化剂设计

存档日期:存档编号: 北京化工大学 研究生课程论文 课程名称:_____________ 课程代号:_____________ 任课教师:_____________ 完成日期:____年___月___日 专业:_____________ 学号:_____________ 姓名:_____________ 成绩:_____________

提高中光催化水分解光催化材料效率的半导体异质结型催化剂CaFe O4–PbBi2Nb1.9W0.1O9设计 2 一、设想的描述 1、光催化水分解的目的及应用价值。 氢能已被普遍认为是一种理想、无污染的绿色能源,其燃烧值高且燃烧后唯一的产物是水,对环境不会造成任何污染,因此,氢能开发是解决能源危机和环境问题的理想途径。在众多氢能开发的手段和途径中,通过光催化剂,利用太阳能光催化分解水制氢是最为理想和最有前途的手段之一;而开发高效、廉价的实用光催化剂是实现这一过程的关键,也成为当前国际能源材料领域的研究热点之一。 2、光催化分解水反应机理 像其他的催化反应一样,光催化水的分解开始当一个半导体催化剂开始吸收比它的带隙能量强的光子。这些吸收使得处于导带的电子被激发并且在半导体的价电子带产生了空穴就像图1展示的那样。[1]光电子和空穴氧化和还原水,产生了2:1混合着的氢气和氧气通过以下的反应。 氧化反应:H2O + 2h+→ 2H+ + 1/2O2(1) 还原反应:2H+ + 2e?→ H2 (2) 总的反应方程式:H2O → H2 + 1/2O2 (3) 总的反应方程包括四个电子转移(每生成摩尔氧气)通常是通过金属和金属氧化物助催化剂(在图中用cat1和cat2表示)附着在半导体表面。这些助催化剂为催化反应提供电子和反应的活性中心。[2]这个反应包括标准Gibbs自由能变化△G=237KJ/mol(1.23eV每转移一个电子)。实际上,一些超电势可以加速反应,所以半导体能承受的电压应该大于等于1.6-1.8eV在水的分解中。为了吸收更多的可见光的照射,半导体的电压应该小于2.2eV。除此之外,为了还原和氧化水,导带应该位于一个比水的还原电势更负的位置(0V NHE),然而价电子带应该比水的氧化态更正(1.23V NHE)如图1。因此,可见光下水分解的催化材料应该满足这两个关于带隙能量(1.6-1.8eV

固体催化剂的制备

固体催化剂的制备 姓名:筵丽娜 班级:化工101 学号:04

固体催化剂的组成:固体催化剂主要有活性组分、助剂和载体三部分组成。 1.活性组分:主催化剂,是催化剂中产生活性的部分,没有它催化剂就不能产生催化作用。 2.助剂:本身没有活性或活性很低,少量助剂加到催化剂中,与活性组分产生作用,从而显著改善催化剂的活性和选择性等。 3.载体:载体主要对催化活性组分起机械承载作用,并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构;提高催化剂的热稳定性和抗毒能力;减少催化剂用量,降低成本。 制备合格的固体催化剂,通常要经过制备(使之具有所需的化学组分)、成型(使其几何尺寸和外形满足要求)和活化(使其化学形态和物理结构满足活泼态催化剂的要求)等步骤。 一制备方法: 1、浸渍法 将含有活性组分(或连同助催化剂组分)的液态(或气态)物质浸载在固态载体表面上。此法的优点为:可使用外形与尺寸合乎要求的载体,省去催化剂成型工序;可选择合适的载体,为催化剂提供所需的宏观结构特性,包括比表面、孔半径、机械强度、导热系数等;负载组分仅仅分布在载体表面上,利用率高,用量少,成本低。广泛用于负载型催化剂的制备,尤其适用于低含量贵金属催化剂。 影响浸渍效果的因素有浸渍溶液本身的性质、载体的结构、浸渍过程的操作条件等。 浸渍方法有: ①超孔容浸渍法,浸渍溶液体积超过载体微孔能容纳的体积,常在弱吸附的情况下使用; ②等孔容浸渍法,浸渍溶液与载体有效微孔容积相等,无多余废液,可省略过滤,便于控制负载量和连续操作; ③多次浸渍法,浸渍、干燥、煅烧反复进行多次,直至负载量足够为止,适用于浸载组分的溶解度不大的情况,也可用来依次浸载若干组分,以回避组分间的竞争吸附; ④流化喷洒浸渍法,浸渍溶液直接喷洒到反应器中处在流化状态的载体颗粒上,制备完毕可直接转入使用,无需专用的催化剂制备设备; ⑤蒸气相浸渍法,借助浸渍化合物的挥发性,以蒸气相的形式将它负载到载体表面上,但活性组分容易流失,必须在使用过程中随时补充。 2、沉淀法 用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶或不溶化合物,经分离、洗涤、干燥、煅烧、成型或还原等工序,制得成品催化剂。广泛用于高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。 沉淀法有: ①共沉淀法,将催化剂所需的两个或两个以上的组分同时沉淀的一种方法。其特点是一次操作可以同时得到几个组分,而且各个组分的分布比较均匀。如果组分之间形成固体溶液,那么分散度更为理想。为了避免各个组分的分步沉淀,各金属盐的浓度沉淀剂的浓度、介质的pH值及其他条件都须满足各个组分一起沉淀

催化剂工程设计论文

催化剂工程进展评述 杨闯 (北京化工大学,北京 102200) 摘要:催化剂工程是一门比较前言的新学科,在推动化学产业及其他工业产业的发展中有举足轻重的地位。在基于工业催化剂的生产制造、评价测试、设计开发和操作使用上,它涉及到多学科的交叉渗透。随着现代物理手段和电子计算机的介入,已经取得了新的发展。为了更好地认识和掌握该学科,促进催化剂在工业中应用,有必要研究其当前的的发展状况。 关键字:催化剂工程;评价测试;设计开发;操作使用;工业催化剂 The Reviewed of Catalyst Engineering Progress Yang Chuang (Beijing University of Chemical Technology,Beijing 102200,China) Abstract:Catalyst engineering is a comparative introduction of new discipline,and has a pivotal position in the development of the chemical industry and other industries .Based on the industrial catalyst evaluation test,design and development, and the use of operation,catalyst engineering involves multi-discipline cross penetration.With the intervention of modern physical means and computer,it has made a new development.In order to better understand and master the discipline,and promote the application of catalyst in industry ,it is necessary to study its current development situation. Key words:catalyst engineering;evaluation test;design and development;the use of operation;industrial catalyst 引言 20世纪下半叶以来,催化剂科学和技术飞速发展,催化剂的更新换代日新月异,新型催化剂已经渗透到石油炼制工业、化学工业、高分子材料工业、生物化学工业、食品工业、医药工业以及环境保护产业的绝大部分工艺过程中[1]。 经典的催化科学涵盖面广,然而,应用于化工生产的催化科学适于将其研究领域划分为工业催化剂和催化剂工程两个不同层次的子领域。前者偏重于工艺和普及,后者重于工艺和提高。目前,催化剂工程仍然是一门前言新学科,它立足于经典催化剂科学和化学动力学、化学反应工程学、计算机应用化学以及表面物理化学等多学科的交界面上,以工业催化剂的制造生产、评价测试、设计开发、操作使用等工程问题为其研究对象[2],是化工行业专门人才所必备的基本知识。由于现代物理手段的介入,以及电子计算机用于化工催化,已经大大帮助了人们认清催化剂现象背后的物理化学本质,从而充实了催化剂理论的准确性以及预见性,并且大大提高了工业催化剂设计开发的速度、质量和效益,同时使之由长期以来的盲目定型试探,向精确的定量计算转化,进而由技艺型向科学型转化,这一发展形式已使人们看到了化工催化这一革命性转变的前兆。 需要指出的是,催化剂工程与我们所熟悉的化学反应工程既有联系又有区别。前者以研究反应器中运转的催化剂为主,后者则以研究工业反应器为主。一旦定型的工业反应器,其结构往往相对稳定,更新较慢。然而,催化剂定型生产后,换代开发却相当的频繁,随之而来的装置扩容、挖潜、节能、增效等成果就源源而来,而若将两者有机的结合起来,将会产生更多更好的研究成果来。 在本文中将从催化剂的制造生产、评价测试、设计开发和操作使用等方面的进展对催化剂工程进行简单评述。

脱硝催化剂的选型与设计(优.选)

脱硝催化剂的选型与设计 1)、在高钙工况下,CaO会导致催化剂失活速率加快,因此需要较大的设计裕量。当煤质或飞灰中的CaO含量小于5%时,其对催化剂的设计影响不大,催化剂的设计用量主要取决于SCR系统入口NOX浓度、烟气流量、要求的脱硝效率等参数。当CaO含量超过5%以后,其对催化剂的设计影响开始变得显著,在同样的工况条件下,催化剂用量受CaO含量影响很大。随着CaO含量的增加,催化剂用量呈线性递增,特别是当CaO含量在30%左右时,催化剂用量比低钙工况下的用量增加25%左右。 2)、在高飞灰工况下,应选用孔径大、截距大、烟气通过性好的催化剂型号,减少积灰堵塞的风险。当烟气中飞灰浓度在50~60 g/Nm3,甚至更高时,此时平板式催化剂由于其烟气通道截面较蜂窝式大,高

飞灰工况下烟气和飞灰的通过性好等优点,选用平板式催化剂不易积灰堵塞,运行安全性较高。当飞灰浓度小于50 g/Nm3 时,由于板式催化剂几何比表面积比蜂窝式小,同样的工程条件下,板式催化剂用量要比蜂窝式多约20~40%。通常,当蜂窝式催化剂的孔数每增加一级,如从18×18孔向上增加为19×19孔时,对于同一工程项目,催化剂的设计用量可以减少在5%以上,由此可以节约催化剂采购成本5%以上。但是,孔径变小后,烟气通过性差,在高飞灰条件下,极易发生飞灰的架桥堵灰,催化剂一旦发生飞灰架桥,就会发生“累积”效应,即当催化剂部分孔道发生堵塞时,相对的使其他未堵塞的孔道通过的飞灰量急剧增大,再运行不长的时间,整个催化剂都会发生严重堵塞。 3)、在飞灰硬度较大的工况,选用标准壁厚催化剂可以提高运行安全性;催化剂壁厚的选择与飞灰的浓度及飞灰的硬度有关。研究表明,

课程名称:催化剂设计与制备工艺

课程名称:催化剂设计与制备工艺 一、课程编码: 课内学时:32学分:2 二、适用专业:工业催化,应用化学,生物化工,化学工程,化学工艺以及其他相关专业。 三、先修课程:物理化学,胶体表面化学等。 四、教学目的: 通过本课程的学习,使研究生: 1、掌握各类催化剂性能评价和测试方法; 2、掌握各类催化剂的催化作用; 3、掌握工业催化剂的制备方法; 4、能够分析催化反应体系中催化剂各组分与催化性能关系; 5、利用催化知识,针对特定催化反应过程进行催化剂设计。 五、教学方式: 课堂讲授,学生查阅相关文献,材料自学与课堂讨论。 六、教学主要内容及对学生的要求: 1概论4学时 1.1催化、工业与环境 1.2催化剂和催化反应 1.3催化的基本特征和本质 1.4催化反应发生的条件和方式 1.5催化相关概念与术语 2各类催化剂的催化作用10学时 2.1酸碱催化剂的催化作用 2.2金属催化剂的催化作用 2.3金属配合物催化剂的催化作用 2.4分子筛的催化作用 2.5金属氧化物催化剂的催化作用 2.6酶的催化作用 3催化剂的宏观结构2学时 3.1催化剂的表面积 3.2催化剂的孔结构 4催化剂性能的评价与测试方法6学时 4.1催化剂活性评价及其测定 4.2催化剂比表面积的测定 4.3催化剂孔结构的测定 4.4催化剂机械强度、抗毒性定性及其寿命的测定和评价 4.5近代分析技术在催化剂研究中的应用 5工业催化剂开发与设计2学时 5.1工业催化剂的开发 5.2工业催化剂的制备设计 6工业催化剂的制备原理4学时 6.1沉淀法

6.3浸渍法 6.4离子交换法 6.5共混合法 6.6溶胶凝胶法 6.7热熔融法 6.8酶的分离提纯方法 6.9固体催化剂的成型 6.10于燥与焙烧 7催化剂的制备技术新进展4学时七、参考书及学生必读参考资料: 参考书: 1、许越.催化剂设计与制备工艺,北京:化学工业出版社,2003 2、储伟.催化剂工程,成都:四川大学出版社,2006 必读参考资料: 1、王尚弟.催化剂工程导论,北京:化学工业出版社,2006 2、韩维屏,等著.催化化学导论,科学出版社,2003 3、吴越.催化化学.北京:科学出版社,1998 八、大纲撰写人:冯彩虹

催化剂的制备方法与成型技术

\催化剂的制备方法与成型技术 摘要:本文介绍了固体催化剂的组成,催化剂制备的一般方法、催化剂制备的新技术,以及催化剂常用成型技术。 关键词:固体催化剂;制备方法;成型技术 Abstract: this paper introduces the composition of the catalyst, solid catalyst preparation of the general method of preparation, catalyst of new technology, and catalysts used molding technology. Keywords: Solid catalyst; Preparation methods; Molding technology

目录 摘要 (1) 1 固体催化剂的组成: (2) 2 催化剂的一般制备方法 (2) 2.1 浸渍法 (2) 2.2 沉淀法 (3) 2.3 混合法 (4) 2.4 滚涂法 (4) 2.5 离子交换法 (4) 2.6 热熔融法 (4) 2.7锚定法 (5) 2.8 其他方法 (5) 3 催化剂成型技术 (6) 4 小结 (7) 参考文献 (8)

0 引言 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。催化作用是指改变化学反应的速度,控制反应方向和产物构成。催化剂具有加快化学反应的速度,但不进入化学反应计量,对反应的选择性,只能加速热力学上可能的反应,且不改变化学平衡的位置的特点。催化剂是催化工艺的灵魂,它决定着催化工艺的水平及其创新程度。因此研究工业催化剂的制备方法以及成型技术具有重要的实际意义。 1 固体催化剂的组成: 固体催化剂主要有活性组分、助剂和载体三部分组成: 1.活性组分:主催化剂,是催化剂中产生活性的部分,没有它催化剂就不能产生催化作用。 2.助剂:本身没有活性或活性很低,少量助剂加到催化剂中,与活性组分产生作用,从而显著改善催化剂的活性和选择性等。 3.载体:载体主要对催化活性组分起机械承载作用,并增加有效催化反应表面、提供适宜的孔结构;提高催化剂的热稳定性和抗毒能力;减少催化剂用量,降低成本。 目前,国内外研究较多的催化剂载体有:SiO2,Al2O3、玻璃纤维网(布)、空心陶瓷球、有机玻璃、光导纤维、天然粘土、泡沫塑料、树脂、活性炭,Y、β、ZSM-5分子筛,SBA-15、MCM-41、LaP04等系列载体。 2 催化剂的一般制备方法 2.1 浸渍法 将含有活性组分(或连同助催化剂组分)的液态(或气态)物质浸载在固态载体表面上。此法的优点为:可使用外形与尺寸合乎要求的载体,省去催化剂成型工序;可选择合适的载体,为催化剂提供所需的宏观结构特性,包括比表面、孔半径、机械强度、导热系数等;负载组分仅仅分布在载体表面上,利用率高,用量少,成本低。广泛用于负载型催化剂的制备,尤其适用于低含量贵金属催化剂。 影响浸渍效果的因素有浸渍溶液本身的性质、载体的结构、浸渍过程的操作条件等。浸渍方法有:①超孔容浸渍法,浸渍溶液体积超过载体微孔能容纳的体积,常在弱吸附的情况下使用;②等孔容浸渍法,浸渍溶液与载体有效微孔容积相等,无多余废液,可省略过滤,便于控制负载量和连续操作;③多次浸渍法,浸渍、干燥、煅烧反复进行多次,直至负载量足够为止,适用于浸载组分的溶解

催化剂设计实例

存档日期:存档编号: 辽宁石油化工大学 专业课程设计 课程名称:_____________ 任课教师:_____________ 完成日期:____年___月___日 专业:_____________ 学号:_____________ 姓名:_____________ 成绩:_____________

提高中光催化水分解光催化材料效率的半导体异质结型催化剂CaFe O4–PbBi2Nb1.9W0.1O9设计 2 一、设想的描述 1、光催化水分解的目的及应用价值。 氢能已被普遍认为是一种理想、无污染的绿色能源,其燃烧值高且燃烧后唯一的产物是水,对环境不会造成任何污染,因此,氢能开发是解决能源危机和环境问题的理想途径。在众多氢能开发的手段和途径中,通过光催化剂,利用太阳能光催化分解水制氢是最为理想和最有前途的手段之一;而开发高效、廉价的实用光催化剂是实现这一过程的关键,也成为当前国际能源材料领域的研究热点之一。 2、光催化分解水反应机理 像其他的催化反应一样,光催化水的分解开始当一个半导体催化剂开始吸收比它的带隙能量强的光子。这些吸收使得处于导带的电子被激发并且在半导体的价电子带产生了空穴就像图1展示的那样。[1]光电子和空穴氧化和还原水,产生了2:1混合着的氢气和氧气通过以下的反应。 氧化反应:H2O + 2h+→ 2H+ + 1/2O2(1) 还原反应:2H+ + 2e?→ H2 (2) 总的反应方程式:H2O → H2 + 1/2O2 (3) 总的反应方程包括四个电子转移(每生成摩尔氧气)通常是通过金属和金属氧化物助催化剂(在图中用cat1和cat2表示)附着在半导体表面。这些助催化剂为催化反应提供电子和反应的活性中心。[2]这个反应包括标准Gibbs自由能变化△G=237KJ/mol(1.23eV每转移一个电子)。实际上,一些超电势可以加速反应,所以半导体能承受的电压应该大于等于1.6-1.8eV在水的分解中。为了吸收更多的可见光的照射,半导体的电压应该小于2.2eV。除此之外,为了还原和氧化水,导带应该位于一个比水的还原电势更负的位置(0V NHE),然而价电子带应该比水的氧化态更正(1.23V NHE)如图1。因此,可见光下水分解的催化材料应该满足这两个关于带隙能量(1.6-1.8eV

催化剂新材料的制备与性质研究

催化剂新材料的制备与性质研究 摘要:催化剂新材料主要包括二维纳米材料、酸性离子液体、金属纳米晶体等。本文综述了这几种材料的制备方法、性质和研究现状等,并指出了开发催化剂新材料时应注意的问题。 关键词:催化新材料;制备;性质 Study on Preparation and Property of New Catalytic Materials Abstract: New catalytic materials mainly including two-dimension nanometer materials, acidic ionic liquids, metal nanocrystals, etc. In this paper, preparation method, property and the latest progress and research status of new catalytic materials were reviewed, and then we pointed out the precautions when develop a new catalytic material. Key Words: New catalytic materials; Preparation; Property 1. 引言 催化剂新材料包括的领域较为广泛,目前能源领域应用较多的是二维纳米材料、酸性离子液体、纳米金属晶体等。 2.纳米材料 二维纳米材料由于具有原子级别的厚度,在许多领域里表现出了优异的应用前景而使学者们广泛关注[1-3]。纳米粒子在许多领域均有应用,包括能源转化和储存、化工制造、生物应用和环境工艺等[4-5]。学者们在催化领域使用纳米材料的巨大兴趣促进了不同高度功能性的纳米材料的研究和合成,包括基于石墨烯的催化剂、纳米碳催化剂、核/壳纳米催化剂、磁性载体纳米催化剂、组装纳米催化剂以及各不相同的金属纳米结构[6-11]。 2.1 活性碳负载的铜纳米材料 由于铜纳米材料较高的自然丰度和较低的成本以及可实现的明确的多种铜基纳米材料制备方式,铜纳米材料显得格外引人注意[12-15]。

催化剂开发与设计

如何利用组合技术设计和开发催化剂?这种技术易于开发新材料和过程优化,近年来将它应用于多相催化剂或催化材料的研究报道日益增多,目的在于发现具有工业应用价值的配方新材料或组合催化剂。 组合催化剂的研制与开发需要几方面的技术?1.设计和使用并行合成法,合成众多有希望的侯选物库;2.建立快速灵敏的鉴定方法,一较短的时间对众多候选物库进行分析评选;3.有希望候选物的优化和候选物库的改进。 绿色化学:又称环境友好化学,环境无害化学,清洁化学,使用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的产生和使用。核心:利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,按照绿色化学的原则,理想的化工生产方式是:反应物的原子全部转化为期待的最终产物。特点:1.充分利用资源和能源,采用无毒,无害的原料;2.在无毒无害的条件下进行反应,以减少向环境排放的废物;3.提高原子的利用率,力图使所有的原料的原子都被产品所消纳,实现零排放。4.生产出有利于环境保护,社区安全和人体健康的环境友好产品。 流化床反应器:是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒出于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固反应过程的反应器,在有气相系统时,又称沸腾床反应器。 费米能级;衡量固体中电子逸出功的难易程度,它与电子的逸出功直接相关,是一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需要的能量,此能量用以克服电子的平均位能,Ef就是这种平均位能,从Ef到导带顶间的能量差就是逸出功。 酸催化剂:酸强度越大,催化剂活性越高,酸度越大,催化剂活性也越高。酸强度越大,酸量越小,活性一般也会降低,不同的反应要求的酸中心强度也会不同。例如:c-c断裂,要求的酸中心强度大,此类反应有裂化,异构,烷基化等;c-H断裂:亚欧酸中心较弱,如丁烯:双键异构反应。 合成氨的发展历程:1900年,法国化学家勒夏特列在研究平衡移动的基础上通过理论计算,认为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨,接着,他用实验来验证,但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因,而是觉得这个实验有危险,于是放弃了这项研究工作,他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因,是他所用混合气体中含有O2,在实验过程中H2和O2发生了爆炸的反应。稍后,德国化学家能斯特通过理论计算,认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现,他在计算时误用一个热力学数据,以致得到错误的结论。在合成氨研究屡屡受挫的情况下,哈伯知难而进,对合成氨进行全面系统的研究和实验,终于在1908年7月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨,产率仅有2%,却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后,立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心的德国军政要员的高度重视,为了利用哈伯,德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内,哈伯不仅提高了合成氨的产率,而且合成了1000吨液氨,并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。1918年哈伯获得诺贝尔化学奖。 工业催化剂设计的三个层析;1.在原子、分子水平上设计催化剂的活性组分和活性位,主要设计催化材料和催化原理;2.在微观适度水平上设计催化剂的粒子大小、形貌和宏观结构;3.在宏观尺度上设计催化反应的传递过程和反应器。 均相络合催化剂:指通过配位作用而使反应物分子活化的催化剂。在这类催化剂中至少含有一个金属离子或原子,无论母体本身是否是络合物,但在起作用时,催化活性中心是以配位结构出现,通过改变金属配位数或配位基,最少有一种反应分子进入配位状态而被活化,从而促进反应的进行。均相络合催化剂在反应体系中可溶成均相的络合物催

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