工业催化剂的制造方法
催化剂培训材料培训课件PPT工业催化剂制备与使用
• 对沉淀剂选择有以下要求：
① 尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂
– 常用的沉淀剂有：
• 碱类(NH4OH、NaOH、KOH) • 碳酸盐[(NH4)2CO4、Na2CO4、CO2] • 有机酸(乙酸、草酸)等 • 最常用的是NH4OH和(NH4)2CO4，因为铵盐在洗涤和热处
涤、干燥、粉碎和机 械成型，最后经500℃ 焙烧活化得到 γ-Al2O3。
– 该法生产设备简单、 原料易得且产品质量 稳定。
② 碱中和法
• 将铝盐溶液[Al(NO3)3、AlCl3、 Al2(SO4)3等]用氨水或其它碱 液( NaOH、KOH、NH4OH ) 中和，得到水合氧化铝：
Al3+ + OH－ ==== Al2O3·nH2O↓
易洗涤。
④ 形成沉淀物的溶解度应小些
– 沉淀反应愈完全、原料消耗愈小;
• 对于贵金属尤为重要。
⑤ 无毒
– 不应使催化剂中毒或造成环境污染。
• 对金属盐类选择有以下要求：
– 一般选用硝酸盐的形式提供金属盐，硝酸根易于洗 脱或加热时分解而无残留。
– 而氯化物或硫化物残留在催化剂中，在使用时会呈 现H2S或HCl形式释放出来，致使催化剂中毒。
1、载体选择
• 浸渍法首先要选择合适载体，根据用途可选择 – 粉末状载体 – 成型载体
• 根据反应类型特点选择不同性质的载体
– 外扩散控制
不需比表面较大的载体；
– 内扩散控制
载体孔径不宜过小；
• 阻挡反应物分子进入孔道内部；
• 生成物返回气相受阻。
工业催化剂的研制与应用
工业催化剂的研制与应用工业催化剂是各种化学反应过程中必不可少的重要物质，其能够促进化学反应的进行并提高反应速率和效率。
催化剂的研制和应用在工业上拥有广泛的应用，可以为工业带来经济效益和环保效益，同时也对促进工业发展起到了重要作用。
一、工业催化剂的种类及作用工业催化剂分为氧化剂、还原剂、酸性催化剂、碱性催化剂、阴离子催化剂等多种类型。
而不同种类的催化剂具有不同的反应机制和反应过程，因此其作用也是不同的。
酸性催化剂是工业上使用最广泛的催化剂，其能够促进酯化、缩醛、缩酮、异构化、分解等反应的进行。
例如，在炼油工业中，一些化合物的加氢和脱氢反应需要使用固体酸作为催化剂，来促进其反应的进行。
碱性催化剂可以促进酰胺、酰基化、酰丙基化、酸化以及酯交换等反应的进行。
在工业上，建筑材料的生产中也需要使用到碱性催化剂，以促进硅酸盐水泥的反应。
二、工业催化剂的研制与应用工业催化剂在各个领域的应用都有所涉及，比如汽车尾气净化、石化、医药制造、化学品生产等。
而不同种类催化剂所涉及的领域和使用情况也是不相同的。
因此，催化剂的研制和应用在工业上具有重要意义。
催化剂的研制往往需要运用到多种高端技术，如前期试验、催化剂的性能测试、反应过程的分析、催化剂结构的表征等。
对于催化剂的容量、性能和结构等方面的优化也是很重要的。
在催化剂的应用方面，需要选择合适的催化剂来促进化学反应的进行。
在选择催化剂时，需要考虑每个反应的特点、参数和条件，以确定使用何种催化剂、反应条件和催化剂的催化效率等。
在实际工业生产过程中，为了提高催化效率和降低成本，需要掌握催化剂的最佳组合和操作条件。
三、工业催化剂的未来研发方向随着科技的不断进步和人类对于环保的重视，工业催化剂的研发方向也将会面临新的挑战和机遇。
未来的工业催化剂将更加注重环境保护，减少化学反应过程中有害物质的排放，提高反应的效率和稳定性。
同时也需要提高催化剂的容量和催化效率，在工业生产过程中实现更加可持续发展的目标。
工业催化剂的制备方法和性能调控策略
工业催化剂的制备方法和性能调控策略工业催化剂是一种能够促进化学反应的物质，广泛应用于化工、石油、环保等行业中。
它们的制备方法和性能调控策略对于提高催化效率和降低能耗至关重要。
一、制备方法工业催化剂的制备方法主要包括物理法和化学法两种。
物理法包括沉积法、浸渍法和共沉淀法等，通过控制沉积剂的沉积方式和条件来制备催化剂。
化学法则是利用化学反应在载体上生成活性组分，如浸渍法可以通过溶液中的金属离子和载体表面上的活性位点发生反应，生成活性组分。
此外，还有一些先进的制备方法，如溶胶-凝胶法、微乳液法和超临界流体法等，这些方法具有制备简单、成本低等优点。
二、性能调控策略催化剂的性能调控策略可分为物理调控和化学调控两类。
物理调控包括调节催化剂的结构、形态和孔隙结构等，通过调控这些因素可以改变催化剂的表面积、孔径大小以及负载量等，从而达到提高活性和选择性的目的。
化学调控则是通过改变催化剂中的元素组成、粒径大小和价态等，来调控催化剂的催化性能。
例如，调节催化剂中金属的导电性和表面能，可以改变催化剂表面的电子状态，从而调控催化活性。
三、催化剂的表征与评价催化剂的表征与评价是进一步了解催化剂性能的重要手段。
常用的表征方法包括X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等，在这些表征方法的基础上，可以得到催化剂的晶体结构、形貌和红外光谱信息，这些信息对于了解催化剂的构型和表面吸附特性至关重要。
催化剂的评价则是通过一系列实验来评估其催化性能，如实验反应速率、选择性和稳定性等。
催化剂的表征与评价结果可以指导催化剂的性能调控策略。
四、催化剂的应用领域及前景工业催化剂广泛应用于化工、石油和环保等领域，在有机合成过程中可以提高反应效率、降低能耗和排放等。
石油催化剂可以用于石油加工中的催化裂化、重整、加氢和均质氢化等反应，有效提高石油转化率和产品质量。
环境催化剂则可以用于废水处理、尾气净化等领域，将有害物质转化为无害物质。
制备工业催化剂的方法
制备工业催化剂的方法工业催化剂是指用于促进或加速化学反应的物质，广泛应用于许多生产过程中，如炼油、化工、能源等。
制备工业催化剂的方法有很多种，下面将介绍几种常见的制备方法。
一、沉淀法沉淀法是制备工业催化剂的常用方法之一、该方法通过在溶液中加入还原剂使金属离子还原成金属颗粒，然后沉淀得到催化剂。
该方法简单易行，适用于大规模生产。
二、浸渍法浸渍法是指将载体浸入金属溶液中，使金属离子被载体吸附，并通过热处理将金属还原成金属颗粒。
浸渍法可使金属颗粒分散均匀，催化剂活性较高。
三、沉积法沉积法是将金属源溶于溶剂中，然后将溶液喷洒在载体表面，通过烘干和热处理将金属还原成金属颗粒，从而制备催化剂。
该方法适用于制备高活性催化剂。
四、共沉淀法共沉淀法是将金属源和载体溶解在同一溶剂中，通过调节条件使金属沉淀到载体表面，再进行热处理得到催化剂。
共沉淀法制备的催化剂具有高分散性和高活性。
五、焙烧法焙烧法是将金属前驱体或金属盐溶于溶剂中，通过热处理使金属变得稳定且易于使用，然后得到催化剂。
焙烧法制备的催化剂适用于高温条件下的反应。
六、溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将金属前驱体溶于溶剂中，通过加热使其形成溶胶，然后通过凝胶化得到凝胶，在热处理过程中形成催化剂。
该方法制备的催化剂具有高度分散性和活性。
七、离子交换法离子交换法是将金属离子与载体接触，通过离子交换反应将金属离子固定在载体上，形成催化剂。
离子交换法制备的催化剂具有高度分散性和稳定性。
综上所述，制备工业催化剂的方法有很多种，选择适当的制备方法取决于催化剂的要求和实际应用。
通过不断研究和创新，制备高效、高分散性和高稳定性的工业催化剂对促进化工和工业生产的发展具有重要作用。
工业催化--第八章 工业催化剂制备原理
– 待沉淀析出后，加入较大量热水稀释，以减少杂 质在溶液中的浓度，同时使一部分被吸附的杂质 转入溶液。
加入热水后，一般不宜放置，而应立即过滤，以防沉 淀进一 步凝聚，并避免表面吸附的杂质包裹在沉淀内 部不易洗净。
洗涤操作的主要目的是除去沉淀中的杂质。
均匀沉淀法常用的类似沉淀母体见下表：
4、浸渍沉淀法
浸渍沉淀法是在普通浸渍法的基础上辅以沉淀 法发展起来的一种新方法。
– 待盐溶液浸渍操作完成之后，再加沉淀剂，而使待 沉淀组分沉积在载体上。
5、导晶沉淀法
借助晶化导向剂(晶种)引导非晶型沉淀转化为 晶型沉淀的快速而有效的方法。
– 普遍用来制备以水玻璃为原料的高硅钠型分子筛， 包括丝光沸石，Y型与X型合成分子筛。
对沉淀剂选择有以下要求：
(1) 尽可能使用易分解并含易挥发成分的沉淀剂
– 常用的沉淀剂有：
碱类(NH4OH、NaOH、KOH)； 碳酸盐[(NH4)2CO4、Na2CO4、CO2]； 有机酸(乙酸、草酸)等。 最处理常时用容的易是除NH去4O，H一和般(N不H会4)2遗CO留4，在因催为化铵剂盐中在，洗使涤催和化热剂
如此反复溶解、沉积的结果，消除了细晶体，获得了颗 粒大小均匀的粗晶体。
此时孔隙结构和表面积也发生了相应的变化。
–粗晶体表面积较小，吸附杂质少，吸留在细晶粒之 中的杂质也随溶解过程转入溶液。
– 老化的时间、温度及母液pH值等为老化应考虑的 几项影响因素。
在晶形催化剂制备过程中，老化对催化剂性 能的影响显著。
凝胶法特别适用于主要成分是氧化铝或二氧化 硅的催化剂或载体。
凝胶过程大致可分为缩合与凝结二个阶段。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
浸渍影响因素
浸渍液浓度
Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)，浸渍时间 0.5 h
浸渍法（多次浸渍）实例
镍/氧化铝-----重整催化剂—将甲烷或石脑油重整制合成气
Al2O3+铝酸钙水泥+石墨+水 成型16*16*6mm 预处理：120oC干燥、 1400oC焙烧,得载体
熔融浸渍硝酸镍10-20%
干燥、活化焙烧分解
熔融浸渍硝酸镍10-20%
负载型镍催化剂
干燥、活化焙烧分解
2.3 混合法
干燥
干燥过程中，未吸附的溶液会向空气中挥发，内表面上的活性组分也可能 会向外表面迁移，降低部分内表面活性物质的浓度，造成活性物质分布不 均，甚至部分载体未被覆盖。
on
+
diffusion
diffusion
浸渍后ad的sor热ptio处n 理
干燥过程中活性组分的迁移
evaporation
焙烧与活化
Static drying Drying at low flowrate Freeze drying
Active Phase Distributions
Uniform
Egg-shell
Egg-white
Egg-Yolk
a
b
c
d
Active phase/Support
Support
Influence of Coadsorbing Ions － 竞争吸附法
第6次课工业催化剂的制造方法
沉淀法分类
6.超均匀共沉淀法
将沉淀操作分成两步进行，先制成盐溶液的悬 浮层，并将这些悬浮层立即瞬间混合成为超饱和 的均匀溶液；然后由超饱和的均匀溶液得到超均 匀的沉淀物。
如：硅酸镍催化剂制备
先将硅酸钠溶液（密度1.3）放到混合器底部， 然后将20%的硝酸钠溶液（密度1.2）放在上面， 最后，将含硝酸镍和硝酸（密度1.1）慢慢倒在 前两种液层之上，之后立即开动搅拌器，使之成 为超饱和溶液，放置数分钟至几小时，最终可形 成均匀的水凝胶或胶冻。
§6-1 沉淀法
一、沉淀法制备原理
借助于沉淀反应，用沉淀剂（碱类物 质）将可溶性的催化剂组分（金属盐类 水溶液）转化为难溶化合物，再经分离、 洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制得成 品催化剂。
沉淀法生产流程
原料
沉淀剂
混合
沉淀
陈化
过滤洗涤
干燥 成型 活化
催化剂成品
沉淀法适用范围
制备高含量的非贵金属、金属氧化 物、金属盐催化剂或催化剂载体
纳米材料在催化领域中的研究进展
从目前研究来看，纳米粒子对催化氧化、 还原、聚合、裂解、异构等反应都具有 很高的活性和选择性，对光解水制氢和 一些有机合成反应也有明显的光催化活 性。国际上已把纳米材料催化剂称为第 四代催化剂。它在催化中的应用更为催 化工作者展示了一个趣味盎然富有活力 的研究领域。
沉淀法分类
1.单组份沉淀法 沉淀剂与一种待沉淀溶液作用以制备单
一组分沉淀物。 如：Al2O3制备
采用碱法制备，用HNO3作沉淀剂，从 NaAlO2中沉淀出Al2O3·nH2O，再经过后 续处理制得Al2O3。
沉淀法分类
2.共沉淀法（多组份共沉淀法） 将催化剂所需的两个或两个以上组份同
催化剂的制备方法
化学与化工学院
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术 （二）沉淀形成的影响因素 2、温 度 溶液的过饱和度于晶核的生成和长大有直接的关系，而 溶液的过饱和度又与温度有关，一般说来，晶核的生长速度随温 度的升高而出现极大值。 晶核生长速度最快时的温度，比晶核长大时达到最大速度所需 要的温度低得多。即在低温时有利于晶核的形成，而不利于晶核 的长大，所以低温一般得到细小的颗粒。 对于晶形沉淀，沉淀应在较热的溶液中进行，这样可使沉淀的 溶解度略有增加，过饱和度相对降低，有利于晶体成长增大。同 时，温度越高，吸附的杂志越少。对与非晶形沉淀，在较热的溶 液中沉淀也可以使离子的水合程度较小，获得比较紧密凝聚的沉 淀，防止胶体溶液的形成。
化学与化工学院
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术 （二）沉淀形成的影响因素 3、pH值 由于沉淀用碱作为沉淀剂，因此沉淀物的生成在相当程度上 必然要收溶液pH值的影响，若别是制备活性高的混合物催化剂更是 如此，如下表所示。由于各组分的容度积不同，如果形成氢氧化物 沉淀所需要的pH值不相近，则很难得到均匀的产物。
化学与化工学院
第一节 沉淀法
三、沉淀操作的原理与技术
（三）沉淀的陈化和洗涤 对大多数非晶形沉淀：在沉淀形成后不采取陈化操作，宜待沉淀 析出后，加入较大量热水稀释之，以减少杂质在溶液中的浓度， 同时使一部分吸附的杂质转入溶液中。加入热水后，一般不宜 放臵，而应立即过滤，以防沉淀进一步凝聚，并避免表面吸附 的杂质包裹在沉淀内部不易洗涤除去。 若要制备若数结构的沉淀：可加入热水放臵熟化。 洗 涤：主要目的使除去沉淀中的杂质；在沉淀操作时，沉淀终点 的控制非常重要，可防止杂质的混入；一方面要检验沉淀是否 完全，另一方面要防止沉淀剂的过量，以免在沉淀中带入外来 离子和其它杂质。
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浸渍方法
多次浸渍法 重复进行多次的浸渍、干燥和焙烧以
制得活性物质含量较高的催化剂的方法。 如：Ni系蒸汽转化催化剂制备
浸渍方法
浸渍沉淀法 先浸渍后沉淀的制备方法。载体吸附
浸渍液达饱和后，再加入NaOH溶液等， 使金属氧化物转化为氢氧化物而沉淀于 载体的内孔和表面。 该法主要用于制备贵金属浸渍型催化剂， 如Pt、Pd、Au等，采用其氯化物浸渍， NaOH沉淀。 如：5%Pd/C催化剂制备
沉淀法分类
2.共沉淀法（多组份共沉淀法） 将催化剂所需的两个或两个以上组份同
时沉淀的一种方法。 如：低压合成甲醇用催化剂CuO-ZnO-
Al2O3的制备 给定比例的Cu(NO3)2、Zn(NO3)2、 Al(NO3)3、混合盐溶液与Na2CO3并流加 入沉淀槽。
沉淀法分类
3.均匀沉淀法 先使待沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合，
4.浸渍沉淀法 盐溶液浸渍操作完成后，再加沉淀剂，
而使待沉淀组份沉积在载体上。
沉淀法分类
5.导晶沉淀法 借助晶化导向剂（晶种）引导非晶型沉淀 转化为晶型沉淀的方法。
如：Y型、X型分子筛的合成，加入乙醇 胺作导向剂。
沉淀法分类
6.超均匀共沉淀法
将沉淀操作分成两步进行，先制成盐溶液的悬 浮层，并将这些悬浮层立即瞬间混合成为超饱和 的均匀溶液；然后由超饱和的均匀溶液得到超均 匀的沉淀物。
第二章 工业催化剂的制造方法
§2-1 沉淀法 §2-2 浸渍法 §2-3 混合法 §2-4 热熔融法 §2-5 离子交换法 §2-6 催化剂的成型 §2-7 典型工业催化剂制法实例选 §2-8 固体催化剂制备方法的新进展
§2-1 沉淀法
一、沉淀法制备原理
借助于沉淀反应，用沉淀剂（碱类 物质）将可溶性的催化剂组分（金属盐 类水溶液）转化为难溶化合物，再经分 离、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制 得成品催化剂。
与晶粒之间进一步粘结，c、使结构稳定。
洗涤：用洗涤液除去固态物料中的杂质的操作。
操作方法：倾泻法和过滤法
沉淀操作技术要点
干燥、焙烧和活化
干燥：用加热的方法脱除已洗净湿沉淀中 的洗涤液。
焙烧：为继干燥之后的又一热处理过程。 活化：把钝态催化剂经过一定方法处理后
变为活泼催化剂的过程。
沉淀操作技术要点
浸渍法生产流程
活性组分
载体 浸渍 干燥 焙烧 活化
活性组分
负载型金属催化剂
浸渍方法
过量浸渍法 将载体浸入过量的浸渍溶液中，待吸附 平衡后，沥去过剩溶液，干燥、活化后 得催化剂成品。 如：Pt/Al2O3（催化重整催化剂）的制 备
浸渍方法
等体积浸渍法 将载体与它正好可吸附体积的浸渍溶
液相混合，待吸附平衡后，直接干燥、 活化后得催化剂成品。 如：醋酸锌/活性炭制备
焙烧目的
①通过物料的热分解，除去化学结合 水和挥发性杂质（如CO2、NO2、NH3）， 使之转化为所需要的化学成份。
②借助于固态反应、互溶、再结晶， 获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比 表面积等。
③让微晶适度烧结，提高产品的机械 强度。
隧道窑
沉淀法催化剂制备实例
银催化剂（乙烯氧化制环氧乙烷）
造成一个均匀的体系，然后调节温度和时间，逐渐 提高pH值，或者在体系中逐渐生成沉淀剂的方式， 创造形成沉淀的条件，使沉淀缓慢进行，以制得颗 粒十分均匀而且比较纯净的沉淀物。
如：Al(OH)3沉淀制备 采用铝盐溶液中加入尿素，混合均匀，加热升温，
尿素水解释放OH-，与铝盐反应生成Al(OH)3沉淀。
沉淀法分类
硝酸银 NaOH
沉淀
H2O2
Al2O3
还原 洗涤过滤 成型 Ag-Cat
沉淀法催化剂制备实例
活性氧化铝
沉淀法催化剂制备实例
NaY分子筛
§2-2 浸渍法
浸渍原理 将载体放进含有活性物质（或连同
助催化剂）的液体（或气体）中浸渍， 当浸渍平衡后，将剩余的液体除去，再 进行干燥、焙烧、活化等处理得到催化 剂。
沉淀法生产流程
原料
沉淀剂
混合
沉淀
陈化
过滤洗涤
干燥 成型 活化
催化剂成品
沉淀法适用范围
制备高含量的非贵金属、金属氧化 物、金属盐催化剂或催化剂载体
沉淀法分类
1.单组份沉淀法 沉淀剂与一种待沉淀溶液作用以制备单
一组分沉淀物。 如：Al2O3制备
采用碱法制备，用HNO3作沉淀剂，从 NaAlO2中沉淀出Al2O3·nH2O，再经过后 续处理制得Al2O3。
浸渍方法
流化喷洒浸渍法 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，进行干 燥和焙烧。
该法只适用于流化床反应器所使用的 细粉状催化剂。 蒸汽相浸渍法 借助于浸渍化合物的挥发性，以蒸汽的 形态将其附载到载体上。
沉淀形成的影响因素
浓度 温度 pH值 加料方式和搅拌速度
沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
浓度
生成
过饱和度β=C-C*/C* C↑ β↑V生成.>V长大 晶粒细小,Sg大
长大
C↓ β ↓ V生成.<V长大 晶粒大,Sg小
沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
温度
低温 小粒子 高温 大粒子
最大生成 温度远低 于最大长 大温度
沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
PH值 影响沉淀物生长和晶型
形成氢氧化物所需PH值
沉淀操作技术要点
沉淀形成的影响因素
正加法
并加
沉淀剂 正加
反加
金属盐溶液
沉淀操作技术要点
沉淀的陈化和洗涤
沉淀的陈化（或熟化、老化）指在沉淀形
成之后发生的一切不可逆变化。 操作方法：将沉淀物与母液一起放置一段时间。 陈化作用：a、使小的晶粒进一步长大，b、晶粒
如：硅酸镍催化剂制备
先将硅酸钠溶液（密度1.3）放到混合器底部， 然后将20%的硝酸钠溶液（密度1.2）放在上面， 最后，将含硝酸镍和硝酸（密度1.1）慢慢倒在 前两种液层之上，之后立即开动搅拌器，使之成 为超饱和溶液，放置数分钟至几小时，最终可形 成均匀的水凝胶择 金属盐类选择原则： 一般首选硝酸盐。 其次：硫酸盐、有机酸盐、金属复盐
沉淀操作技术要点
原料的选择 沉淀剂选择原则：
①尽可能使用易分解并且易挥发成分的沉淀剂。 ②形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤。 ③沉淀剂的溶解度要大 ④沉淀物的溶解度应很小。 ⑤沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染沉淀剂 ： 常（用N的H沉4）淀2C剂O是3等：铵N盐H3。、。NaOH NH4OH、
沉淀操作技术要点