工业催化原理工业催化剂的制备和成型
催化剂制备方法和工业催化剂研制
合成甲醇 CuO-ZnO-Al2O3
均匀沉淀法
金属盐溶液与沉淀剂充分混合后，逐渐改变 条件得到颗粒均匀、纯净的沉淀物
尿素调节碱性
(NH2)2CO + 3H2O
2NH4+ + 2OH- + CO2
加热到90-100 0C尿 素，同时释放出OH-
导晶沉淀法
借助晶化导向剂引导非晶型沉淀转化为晶型 沉淀
Al2O3/SiO2催化裂化生产汽油
均相反应配合物催化剂（精细化学品、聚合）
茂金属络合物生产聚乙烯
酶催化剂（生物化工）
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
沉淀的干燥焙烧活化
干燥（除去湿沉淀中的洗涤液） 焙烧（热分解除去挥发性物质，或发生固态 反应，微晶适度烧结） 活化（在一定气氛下处理使金属价态发生变 化）
实例一 分子筛的合成
水玻璃 硫酸铝 偏铝酸钠 氢氧化钠
NaY原粉 成胶 晶化 过 滤 洗 涤 干燥 Na型 丝光 沸石
混合
浸渍法
将载体放进含有活性物质的液体中浸渍
载体（如Al2O3）的沉淀 洗涤干燥 载体的成型 用活性组份浸渍 干燥 焙烧分解 活化还原
负载型金属催化剂
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
可用已成型的载体（如氧化铝，氧化硅，活 性炭，浮石，活性白土等） 负载组份利用率高，用量少（如贵金属）
工业催化剂的设计和制备
工业催化剂的设计和制备随着现代工业的发展，越来越多的化学反应需要催化剂的参与。
催化剂的作用是降低反应活化能，提高反应速率，从而使反应更加高效和经济。
因此，正确的催化剂的选择和设计，对于工业生产的质量和效率具有重要的影响。
本文将重点阐述工业催化剂的设计和制备的方法和技术。
一、催化剂的分类和应用催化剂广泛应用于化学、石油、煤化工、环境保护等领域。
按照性质分类，催化剂主要可分为酸性催化剂、碱性催化剂和氧化还原催化剂。
按照形态分为固定床催化剂、流态化催化剂和替代性催化剂等。
酸性催化剂一般用于裂解、酯交换、酰基化等有机合成反应中。
碱性催化剂则主要用于酯化、酰胺化、烷基化等反应，而氧化还原催化剂则适用于氧化、还原、脱氢、羰基化等反应。
固定床催化剂在工业生产中广泛应用。
例如，用于合成苯乙烯的催化剂是以氯化铝为主，将其催化合成苯乙烯。
对于氧化剂来说，固定床催化剂也应用得很多。
以铵金属盐为主，用于制备硝酸和氰化物等化合物。
二、催化剂的设计原则催化剂设计是一个复杂的过程，需要考虑许多方面的因素。
催化剂设计的原则主要有以下几点:1.选择适当的活性成分活性组分是催化剂的核心，应该根据反应物质的性质和反应类型的特点来选择适当的活性成分。
常见的活性成分包括钯、铂、铜、镍、铁、钼等，其中钯和铂是常见的氧化还原催化剂的活性成分，铜则是一种催化裂化反应的优良催化剂。
2.确定适当的载体材料催化剂的载体材料主要是支持活性组分在反应条件下保持稳定性。
选取的载体材料应具有良好的耐热性、机械强度和尺寸适应性等性质。
常见的载体材料包括氧化硅、氧化铝、氧化锆、活性炭和小分子有机化合物等。
3.优化催化剂结构催化剂的结构对其催化性能有着重要的影响。
优化催化剂结构可通过改变催化剂的形貌、晶体结构和孔道大小来实现。
例如，在合成铂催化剂时，通过改变碳^ 模板的大小和形状，可以制备具有不同孔径和形状的铂纳米催化剂。
三、催化剂的制备技术催化剂的制备技术对催化剂性能有着至关重要的影响。
工业催化剂的原理及应用
工业催化剂的原理及应用催化剂在化学工业中扮演着至关重要的角色。
它们能够加速反应速度、提高反应选择性和产品质量，从而使得反应更加高效。
其中，工业催化剂就是指应用于化学工业中的催化剂。
本文主要讲述工业催化剂的原理及应用。
一、工业催化剂的原理工业催化剂的原理主要基于催化反应的两个关键概念：催化活性和催化剂选择性。
催化活性是指催化剂参与反应的能力。
在一个催化剂表面，它的活性中心使得化学反应发生时需要的化学键发生断裂和形成。
这个反应的速率将会受到活性中心的数量和类型的限制，以及表面结构和反应条件的影响。
由于催化活性中心的数量和类型在每个不同的催化剂中都不同，因此，催化剂的催化活性通常会因催化剂的化学性质和物理性质而变化。
催化剂选择性是指催化剂选择生成的产物的能力。
催化剂精确地选择反应产物的生成是很复杂的，它取决于催化剂对反应机理的了解、催化作用的决定性步骤，以及催化剂和反应物的触发点。
因为具有不同的表面性质和晶体结构的不同催化剂，会与反应物的不同物理和化学性质和它们的作用有所不同，因此，催化剂选择性和活性之间存在一定的关系和相互影响。
二、工业催化剂的应用工业催化剂的应用非常广泛，包括合成氨、裂解石油、制造聚合物、制备精细化学品等。
其中，以下是工业中常用的催化剂。
1. 合成氨催化剂合成氨催化剂通常是氧化铁、铁、铝或铜的混合物。
该催化剂广泛应用于合成氨反应中。
氢气和氮气在催化剂上的反应可产生氨。
在这个过程中，而且，铁、氧化铁或锌和其他几种金属通常通过混合和煅烧处理来制备这种催化剂。
2. 裂解催化剂石油裂解是重要的工业反应之一，可以利用催化剂分解长链烃成小分子烃。
此过程通常在高温和高压下进行，并且需要长时间处理。
裂解反应的触发因素是催化剂表面的酸性位点，这些位点的作用使得反应中出现的物种与催化剂反应形成类似碳烯烃的层状结构。
3. 聚合催化剂聚合催化剂是制备聚合物的重要催化剂。
这种催化剂分为阴离子聚合催化剂和阳离子聚合催化剂两种。
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。
工业催化剂的合成及应用研究
工业催化剂的合成及应用研究一、工业催化剂的合成1.沉积法：沉积法是将活性组分沉积到合适的载体上，形成活性催化剂的方法。
这种方法可以通过控制沉积物的形貌和分布来调控催化剂的性能。
常见的沉积法包括浸渍法、共沉积法和沉积-沉淀法等。
2.气相法：气相法是通过气相沉积或气相合成的方式制备催化剂。
这种方法的优点是操作简单，反应速度快，但要求气相反应物的纯度较高，反应条件也较为苛刻。
3.溶液法：溶液法是将催化剂的前驱体溶解于适当的溶剂中，然后通过溶剂蒸发或溶液反应的方法得到催化剂。
这种方法的优点是操作简单，适用于大规模合成。
4.共沉淀法：共沉淀法是利用两种或两种以上的化合物，通过调节pH值或温度等条件，在溶液中同时沉淀出催化剂的方法。
二、工业催化剂的应用研究1.石油加工：石油加工催化剂是石油加工过程中不可或缺的重要组成部分。
包括催化裂化催化剂、石脑油加氢催化剂等，它们可以提高石油产品的质量和产率，降低生产成本。
2.化学合成：工业催化剂在化学合成领域起着至关重要的作用。
例如，氧化铜催化剂常用于有机合成中的氧化反应，铂催化剂常用于氢化反应等。
这些催化剂可以提高反应速率和选择性，实现高效、经济的产物合成。
3.环境保护：工业催化剂在环境保护领域有着重要的应用。
例如，汽车尾气治理催化剂可以将有害物质转化为无害物质，大幅减少汽车尾气对环境的污染。
除此之外，有机废气处理、废水处理等领域也都离不开催化剂的作用。
4.能源领域：能源领域对催化剂的需求也越来越大。
例如，燃料电池催化剂可以提高燃料电池的效率和寿命，储能材料的催化合成可以促进能源的高效储存和利用。
综上所述，工业催化剂的合成和应用研究是催化剂领域的两个重要方面。
合成方法的选择要根据催化剂的性质和特点来确定，而应用研究的目标是最大限度地发挥催化剂的效果，提高反应速率和选择性，实现工业化生产的要求。
随着科学技术的发展，催化剂的研究和应用将会不断推进，为工业生产和环境保护做出更大的贡献。
工业催化剂的制备及其应用
工业催化剂的制备及其应用催化剂是一种可以促进化学反应发生的物质，广泛应用于化工、能源、生物制药等领域。
其中，工业催化剂是指被用于生产中的催化剂，通过调节化学反应过程中物质之间的作用力，使得反应能够在更加温和和高效的条件下进行，降低生产过程的能耗和成本。
本文将介绍工业催化剂的制备和应用。
一、工业催化剂的制备工业催化剂的制备方法主要分为物理法和化学法。
物理法主要通过物理改变催化剂的结构来提高其催化性能，如改变催化剂的晶体结构、孔隙度等等。
而化学法则是通过在催化剂表面上引入活性部位，使得其表面变得更加活性，从而提高其催化性能。
下面我们将分别详细介绍这两种工业催化剂的制备方法。
1、物理法物理法主要通过结构调控来提高催化剂的催化性能。
其中，晶体结构调控可以通过控制晶体生长的条件，如温度、溶剂、pH等等来实现。
而孔隙度调控则是通过控制催化剂表面形成的孔隙大小和结构来实现。
例如，在催化剂表面引入碳纳米管等碳材料可以形成高度有序的孔道结构，在催化反应中具有良好的催化性能。
2、化学法化学法则是通过在催化剂表面引入活性部位来提高其催化性能。
催化剂表面的活性部位指的是具有活性氧、氮、硫、金属等原子的部位，这些部位在催化反应中起着关键的作用。
例如，在催化剂表面引入金属纳米颗粒可以在催化反应中提高催化效率和选择性。
而对于复杂催化剂的制备，常常需要使用多种原料和多步反应进行。
二、工业催化剂的应用工业催化剂应用广泛，可见于石化、煤化工、化学肥料、冶金、化学纤维、橡胶等多个领域。
下面我们将分别介绍这些领域中工业催化剂的应用。
1、石化石化领域中，工业催化剂主要是用于催化氢解、选择性加氢、脱硫、裂解等反应过程。
其中，裂解催化剂是石化工业中应用最广泛的一种催化剂。
它可以将长链烃分子裂解为低引石油等高附加值产品。
2、煤化工煤化工领域中，工业催化剂主要用于催化合成氨、甲醇和合成油等反应过程。
在甲醇合成反应中，以Cu/ZnO/Al2O3为催化剂是最常见的制备方法。
工业催化剂的生产制备与成型技术研究
世界家苑shijiejiayuan shijiejiayuan—377—工业催化剂的生产制备与成型技术研究金媛媛，安佳佳，陈志远（抚顺市乙烯化工厂）[摘 要] 催化剂不但能够促进化学反应的发生，还能控制化学反应的速率，在工业领域有着重要的应用。
对于有些化学反应来讲，如果没有催化剂的介入，将无法正常实现。
因此本文中将对催化剂的原理和制备方法做全面的研究，以保证能够根据工业实际需要制备出相应的催化剂，满足工业生产需要。
从目前的研究来看，对于催化剂的制备方法和成型技术已经有着比较完善的方法和工艺，也要在现有的基础上进行研究和创新，保证催化剂的制备方法和成型能够适应化学工业的发展速度，使催化剂成为工业发展的重要推动力和物质保障。
[关键词] 工业催化剂；制备；成型；技术1、固体催化剂的组成研究从目前的研究来看，对于固体催化剂而言，其组成主要分为三个部分，即：活性组分、助剂、载体。
这三部分构成了催化剂本身，三者缺一不可，这三部分在催化剂中发挥着重要作用。
1.1催化剂中活性组分。
所谓催化剂中的活性组分，主要是指在催化剂张起到催化作用的那部分物质，是催化剂的主体，如果没有活性组分，催化剂就失去了应有的作用。
1.2催化剂中的助剂。
催化剂中的助剂单独来看的话活性较低，单独在催化剂中很难发生变化和反应，但是助剂与活性组分加入一起之后，会使活性组分的活性增强，进而达到提升催化效果的目的。
1.3催化剂中的载体。
催化剂中的载体主要起到了为活性组分和助剂提供生存地点的作用。
使活性组分和助剂能够其中良好的共存，并在发生催化反应时，为活性组分和助剂提供适宜的反应表面。
2、催化剂的制备方法目前我国对于催化剂的制备方法主要分为八大类，这些制备方法包含了催化剂制备的所有过程。
因此，在此有必要对这些催化剂的制备方法进行了解。
2.1浸渍法。
浸渍法主要是将活性组分（液态和气态均可）物质以及助剂，通过浸渍的方法浸入固态的载体外表面上，使活性组分能够找到有效载体，最终合成催化剂物质。
工业催化原理工业催化剂的制备和成型
4、流化喷洒浸渍法
对于流化床反应器所使用的细粉状催化剂，可在流化床中使载 体在流化状态下直接喷洒浸渍液进行浸渍操作，然后进行干燥 焙烧和活化，即可制备出催化剂。可见，这种方法可使浸渍、 干燥、分解、活化等操作在流化床中一次完成，因此具有工艺 流程简单、操作方便等优点。
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浸渍法的最大优点是催化剂的活性组分利用率高，用 量少。因为活性组分大多仅分布在载体的表面，这对 贵金属催化剂有为重要。同时，浸渍法的操作工艺相 对较为简单，制备步骤也较少。
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第二节 浸渍法
一、浸渍法的工艺流程
催化剂载体 催化剂活性组分浸渍 干燥
焙烧
负载型催化剂
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（2）催化剂的制备 用预定量的铂化合物（如氯铂酸或氯铂酸铵），铼化合物（如高铼酸或 高铼酸铵），盐酸，去离子水混合成浸渍液，浸渍液与载体 γ-Al2O3的体 积比为1.0-2.5，在室温下浸渍12-24 h，然后过滤，60-80℃干燥6-10 h， 100-130℃干燥12-24 h，干空气中450-550℃，气剂比为500-1200的条件系 活化2-12 h，H2中400-500℃还原4 h，即得铂铼重整催化剂制备。
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化工资源有效利用国家重点实验室
第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：工艺流程示意图
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：具体过程
将工业硫酸产品粉碎，于 60-70℃温水中溶解，制成相对密度为 1.21-
1.23的Al2(SO4)3溶液，同时配制质量含量为20%的Na2CO3溶液。将此
第一节 沉淀法
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第一节 沉淀法
化工资源有效利用国家重点实验室
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第一节 沉淀法
4、超均匀共沉淀法
前面几种方法形成沉淀时，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。 基本原理：首先制成盐溶液的悬浮层，然后将这些悬浮层 (一般为2－3层)立即瞬间混合成为过饱和的均匀溶液，进 而由过饱和溶液得到超均匀的沉淀物。由于超均匀沉淀过 程中可大大减小时间差和空间差，因此可以形成非常均匀 的沉淀物。
这种沉淀法不同于单组分沉淀法和多组分共沉淀法，它不 是在待沉淀溶液中直接加入沉淀剂使沉淀反应立即发生获 得沉淀物，而是通过改变条件使沉淀剂母体产生沉淀，进 而缓慢发生沉淀反应。因此它可以避免沉淀组分与沉淀剂 之间存在浓度梯度造成沉淀颗粒粗细不匀，以及沉淀物中 易带入较多杂质等缺点。
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（2）沉淀剂
应选择沉淀后容易分解、挥发和较易洗涤干净的沉淀剂，如氨 水、尿素、碳酸铵等铵盐、碳酸钠等碳酸盐、氢氧化钠等碱金 属盐类，这样才能制备出纯度较高的催化剂。另外，形成的沉 淀物应便于过滤和洗涤，避免形成非晶型沉淀。同时，沉淀物 的溶解度愈小愈好，这样沉淀反应完全，可减少原料的浪费。
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水软铝石 (ρ-Al2O3﹒nH2O)，最后在 500℃焙烧 6 h，即可制得 γ-Al2O3。
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第一节 沉淀法 2、多组分共沉淀法
两个或两个以上催化剂活性组分同时沉淀制备催化剂的方法， 可用于制备多组分催化剂或催化剂载体，其特点是一次沉淀操 作可同时获得多个组分，并且各个组分之间的比例较为恒定， 各组分之间的分布也比较均匀。如：制备低压合成甲醇 CuOZnO-Al2O3催化剂。
5、导晶沉淀法
是借助晶种等晶化导向剂，引导非晶型沉淀转化为晶型沉 淀的快速而有效的方法。如以廉价的水玻璃为原料，制备 丝光沸石、Y型、X型等高硅钠型分子筛等。
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第一节 沉淀法
二、沉淀法操作的技术要点
1、待沉淀盐类和沉淀淀剂的选择原则
（1）待沉淀盐类
首选的是各类金属硝酸盐，因为绝大部分硝酸盐都可溶于水， 这样配制沉淀溶液时较方便，对沉淀反应比较有利。某些金属 的甲酸盐和草酸盐也是常选的盐类，但价格相对较贵。贵金属 的盐类常为氯化物，因其硝酸盐较少，沉淀后的氯离子也容易 被水洗干净。
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第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：工艺流程示意图
化工资源有效利用国家重点实验室来自2第一节 沉淀法
制备 γ-Al2O3实例：具体过程
将工业硫酸产品粉碎，于 60-70℃温水中溶解，制成相对密度为 1.21-
1.23的Al2(SO4)3溶液，同时配制质量含量为20%的Na2CO3溶液。将此
两种溶液分别加入各自的高温槽，然后经过热交换器预热至 50-60℃， 通过活塞开关并流到沉淀槽混合充分，pH值控制在 5-6，在不断搅拌
下形成无定形氢氧化铝沉淀。沉淀浆液送入到过滤器抽滤分离，沉淀
移入洗涤槽打浆洗涤，洗液为 50-60℃的蒸馏水，洗涤至不显 SO42-为 止。洗净的沉淀转入 pH值为 9.5-10.5，温度为 60℃左右的氨水溶液中 静置陈化 4 h，陈化后沉淀物又重复过滤、洗涤，至溶液的比电阻超 过200 Ω/cm，将沉淀物于100-110℃温度下干燥，制得半结晶状的假 -
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第一节 沉淀法
低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 工艺流程示意图
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第一节 沉淀法
低压合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3催化剂制备实例： 制备过程：
将给定浓度和比例的 Cu(NO3)2、 Zn(NO3)2、Al2(NO3)3溶液， 与Na2CO3溶液并流加入沉淀槽反应器中，在激烈搅拌的同 时，注意调节加料流速，以控制沉淀介质的 pH 值稳定在 7±0.2之间，沉淀温度为70℃。
（2）沉淀操作的温度
沉淀时晶核的形成和长大与溶液的过饱和度有关，而溶液的过饱和度又 与温度有关，因此沉淀时的温度与沉淀物的颗粒也有很大的关系。通常 情况下沉淀时的温度愈低晶核形成的速度愈快，晶核颗粒也较小；较高 温度下的沉淀溶液的过饱和度相对较低，有利于晶体颗粒的成长增大。 另外，较高温度下的沉淀还可减少沉淀颗粒中的杂质，缩短沉淀的时间， 提高效率。但受水沸点的限制，多数沉淀操作在70-80℃进行。
第一节 沉淀法
2、影响沉淀的因素
（1）溶液的浓度
从沉淀原理上讲，待沉淀溶液的浓度达到饱和浓度时，沉淀开始生成， 因此获得沉淀的必要条件是溶液的浓度要超过饱和浓度。溶液浓度超过 饱和浓度的程度称为溶液的过饱和度。通常情况下，溶液的过饱和度与 沉淀的晶型有直接的关系，当沉淀在较稀的溶液中进行时，沉淀在较小 的过饱和度下就会形成，晶核生成的速度较低，有利于晶体颗粒的长大。 若沉淀溶液的浓度较大，沉淀时的过饱和度就会较高，晶核生成的速度 较快，沉淀的颗粒相对会较细。
加料完成后，过滤，洗涤至没有Na+，在110℃下干燥沉淀 物，并在空气中， 300℃焙烧，然后将焙烧的粉末在 500 kg/cm2的压力下，压成φ15 mm×80 mm的圆柱体，即为制 备的CuO-ZnO-Al2O3催化剂。
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第一节 沉淀法
3、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，造成一个 非常均匀的体系，然后调节沉淀操作的温度等条件，进而 改变沉淀体系的 pH 值，在沉淀体系中逐渐生成沉淀，并 使沉淀缓慢进行，从而制得颗粒大小十分均匀、而且比较 纯净的沉淀物。
第一节 沉淀法
沉淀法是以沉淀操作为基本特征的工业催化剂的制备方法， 是固体催化剂最常用的制备方法之一，主要用于制备催化剂
活性组分含量较高且价格相对较低的非贵金属、金属氧化物、
金属硫化物、金属盐催化剂以及催化剂载体。
一、各种沉淀法 1、单组分沉淀法 本法是通过沉淀剂的作用，将单一组分沉淀制备催化剂的方法， 其沉淀物只有一个组分，因此，沉淀操作和过程控制相对比较 简单，是制备单组分催化剂或催化剂载体常用的方法。 如以碱 为沉淀剂，从酸化铝盐溶液中沉淀水合氧化铝，反应式如下： Al 3+ + OH Al2O3·nH2O