助催化剂.载体.结构.

2、提高催化剂的机械强度。 如催化剂本身的机械强度不够，则需加 入高强度的载体（如人造刚玉、碳化硅、 SiO2等）以强化之。 3、提高催化剂的热稳定性。 载体对活性组分的分散作用可有效地防 止催化剂颗粒因聚集、长大引起的烧结失 活；同时，载体还可使散热面积增加，导 热性能改善，有利于反应热的散去，从而 提高催化剂的热稳定性。
§2 助催化剂
催化剂的组成 ： 主催化剂 主要组分 共催化剂 助催化剂 次要组分 载体
助催化剂
助催化剂是指那种并非催化剂的关键成
分，但能改进主要组分的某些性能（如：活
性、选择性、寿命或物理性能）的组分。 有时载体也有助催化剂的作用。
一、作用机理
主要通过改变催化剂的化学组成、晶体 与表面结构、离子价态及分布、酸碱性等来 改善催化剂的性能。 通常助催化剂在催化剂中存在着最适宜
床层压力降 颗粒大小 内扩散距离，内表面利用率 机械强度，反应器的要求
形状
装填的紧密程度，外扩散阻力，流体分布的 均匀性 反应器的要求
工业上常用的催化剂的几种形状： 1、圆柱形：圆柱形 空心圆柱形（环状） 2、球形 3、粒状（无定形） 4、特殊形状
用于活性组分非常活泼的场合。
无孔小表面载体（比表面﹤1 m2/g）
如：石英粉，SiC，刚铝石
有孔小表面载体（比表面﹤20 m2/g）
如：硅藻土，耐火砖等
总的来说，小表面载体由于其比表面小，使用常
常受到限制。
2. 大表面积载体（可达102 ～ 103 m2/g）
对所负载的活性组分会产生较大影响， 使用最广泛。 无孔大表面载体：≥5 m2/g 如：炭黑，高岭土，TiO2，ZnO，石棉 有孔大表面载体： ≥ 50m2/g, 如：硅胶，氧化铝，活性炭，分子筛
三、载体的选择
1、考虑活性组分负载方式以及与载体间的相互作用 对载体的要求。
活性组分在载体上的负载方式：
外层负载（蛋壳型） 内层负载（蛋白型） 中心负载（蛋黄型） 均匀负载（均匀型）
采用何种负载方式取决于不同载体对活性组分的 不同的吸附性质。
2、考虑反应的控制步骤与传递过程对载体的 要求
选择具有合适表面积和孔隙率的载体 3、考虑反应的热效应和载体的导热性能 对大量放热的反应，要求采用导热性能好 的载体。 4、考虑反应器类型对载体的粒度，形貌等的 要求 5、成本与原料来源的要求
制碳的生成，使反应向主反应方向进
行。
四、助催化剂的选择和设计
一般设计助催化剂有两种方法： 1、运用现有的科学知识和催化理论， 针对催化剂和催化反应存在的具体问题 进行设计。 2、对催化反应的机理进行深入研究， 依据机理对催化剂作出调整。
§3 载体
一. 载体的作用
1、增加催化剂的有效表面和提供合适的孔结 构。 活性组分能在载体上铺展、分散，大大增 加其暴露表面，使较少量的活性组分能有 较高的活性。另一方面，载体如有合适的 孔结构，能提高催化剂的择形选择性。
e.g. 合成氨的活性组分α-Fe微晶中加入Al2O3 抗毒性助催化剂
（二）调变性助催化剂
可改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶
形结构，从而提高催化剂的活性和选择性的助催化剂。
这类催化剂能使反应活化能降低。
进一步分类：1、电子助催化剂
2、晶格缺陷助催化剂 3、增界助催化剂 4、选择性助催化剂 5、扩散助催化剂 6、相变助催化剂 7、双重作用催化剂
（三）能加速催化剂预处理的助催化剂 这类助催化剂能降低催化剂预处理 温度或提高金属催化剂的还原速度。 e.g. 铜加入到沉淀钴或铁催化剂中，可提 高铁或钴还原速度。
三、助催化剂对催化剂性能的影响
（一）对催化活性的影响 1、提高催化能力，降低总反应活化能。 （调变性助催化剂属此类） 2、不改变活化能，但使催化剂固有活 性持久、稳定或增加抗毒力。 （结构性助催化剂属此类）
的含量，过多或过少效果均不佳。
二、助催化剂的种类
根据其改善催化剂性能的作用机理来分： 结构性助催化剂 调变性助催化剂
能加速催化剂预处理的助催化剂
（一）结构剂微晶体长大 而造成表面积减小，防止催化剂因烧结而降低活 性，增加其结构稳定性、热稳定性、使用寿命和 抗毒性的助催化剂。 只改变主催化剂的物理性质，不改变反应物与 催化剂作用的本质，不改变反应的活化能。
§4 催化剂的宏观结构
一、什么是催化剂的宏观结构 指催化剂构成微粒的大小、催化剂颗粒的 大小、形状、催化剂的表面积、孔容、孔 径，活性组分的分散度、机械强度等。 构成微粒：一次粒子，二次粒子 催化剂的宏观结构对催化剂的活性、选 择性、过程的传质与传热、流体的压力降、 催化剂的寿命等都有影响。
二、催化剂宏观结构对催化剂性能的影响 1. 催化剂颗粒的大小、形状的影响
（二）对催化剂热稳定性及寿命的影响 结构性助催化剂主要起增加催化剂 热稳定性的作用。 （三）对催化剂抗毒能力的影响 催化剂在使用过程中，会受到反应 介质气中所含各种毒物的毒害。结构 性助催化剂可用于抗毒。
（四）对催化剂选择性的影响 e.g. 烃类蒸气转化制合成气时，在Ni/酸 性载体催化剂中加入碱性助剂（如 K2O）,或用碱性载体（如MgO）,可抑
4、提供活性中心。
某些载体可以提供活性组分本身不具有、而反
应需要的活性中心，尤其是酸、碱中心，从而构
成多功能催化剂。
5、增加催化剂的抗毒性能。 载体使活性表面增加，从而使活性组分对毒物 的敏感性相应降低；载体还可以分解、吸附毒物； 载体的孔还可以阻止大的毒物分子扩散到孔内的
催化剂上去。
6、与活性组分间发生相互作用 ● 形成新的化合物和固溶体 ● 改变活性组分（金属）的形态和表面结 构 ● 改变活性组分（金属）的电子性质 从而影响反应物的吸附和催化活性。
二. 载体的种类
（一）按载体物质的相对活性分
1. 不活性载体 如: 碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化 硅、硅酸铝，主要用作抗高温的催化剂 载体。
2、相对非活性载体
具有潜在的活性，可以抑制或利用。 这类载体可分为三小类： 绝缘体：如 绝缘性氧化物 半导体：过渡金属氧化物，石墨， 活性炭 导体： 金属
（二）按载体物质的表面积分类（常见） 1、小表面积载体（﹤20 m2/g）