固体催化剂的使用

载体
比表面积/m2 g 1 比孔容积m/3 g 1
高比表面积 中等比表面积 低比表面积
活性炭 硅胶 Al2O3·SiO2 Al2O3 粘土、膨润土 矾土 氧化镁 硅藻土 石棉 钢铝石 刚玉 碳化硅 浮石 耐火砖
900～1100 400～800 350～600 100～200 150～280 150 30～50 2～30 1～16 0.1～1 0.07～0.34 <1 约0.04 <1
熔融法制备的催化剂活性好、机械强度高且生产能力 大，局限性是通用性不大。
其制备程序一般为：
①固体的粉碎； ②高温熔融或烧结； ③冷却、破碎成一定的粒度； ④活化。
生产实例：
目前合成氨工业上使用的熔铁催化剂如何制备？ 原料：磁铁矿（Fe3O4）、硝酸钾、氧化铝 条件：1600℃高温 催化剂粒度：几毫米的粒度
固体催化剂的使用
（一）催化作用原理与催化剂 （二）工业催化剂的制备 （三）固体催化剂的使用
（一）催化作用与催化剂
1.催化作用的定义 2.催化剂的基本特征 3.催化剂的组成与功能 4.催化剂性能与标志 5.其他物理性状
1.催化作用的定义
定义
催化剂是一种物质，能够加速反应的速率,而不改变该反应的 标准自由焓的wk.baidu.com化，这种作用称为催化作用.
转化率高则催化活性高，转化率低则催化活性低。 此种表示方法比较直观，但不够确切。
空时收率
空时收率是指单位时间内，单位催化剂（单位体积或单位 质量）上生成目的产物的数量。
这个量直接给出生产能力，生产和设计部门使用最为方便。 在生产过程中，常以催化剂的空时收率来衡量催化剂的生
产能力，它也是工业生产中经验计算反应器的重要依据。
比活性
非均相催化反应是在催化剂表面上进行的。 在大多数情况下，催化剂的表面积愈大，催化活性愈高。 单位表面积上的反应速率即比活性，来表示活性的大小。
5.其他物理性状
（二）工业催化剂的制备 1.制备方法
⊙ 沉淀法 ⊙ 浸渍法 ⊙ 机械混合法 ⊙ 离子交换法 ⊙ 熔融法
沉淀法
沉淀法是制备固体催化剂最常用的方法之一。 用沉淀剂（如碱类物质）将可溶性的催化剂组分（金
乙烯环氧化
1，2-二氯乙烷
降低活性，抑制深度 氧化
4.催化剂性能与标志
一种良好的催 化剂必须具备 三个条件： ☆高活性 ☆合理的流体 流动性质 ☆长寿命
4.催化剂性能与标志
（1）活性
①、比活性
②、转化率
③、空时收率
（2）选择性
（3）使用寿命
①、成熟期
②、稳定期
③、衰老期
（4）机械强度（耐压、耐磨）和稳定性（耐热、抗毒）
催化剂具有特殊的选择性说明： ▼不同类型的化学反应需要不同的催化剂； ▼同样的反应物，选用不同的催化剂，则获得不同的产物。
选择性%
生成目的产成目的产物原料量 参加反应加反应所转化料量 100%
3.催化剂的组成与功能
（1）催化剂的组成
＊活性组分 ＊助催化剂 ＊载体 ＊抑制剂
（2）催化剂各部分功能
活性组分（或主催化剂）： 它是催化剂的主要成分，是起催化作用的根本性物质。
它是将几种组分用机械混合的方法制成多组分催化 剂。
混合的目的是促进物料间的均匀分布，提高分散度。 因此，在制备时应尽可能使各组分混合均匀。
为了提高机械强度，在混合过程中一般要加入一定 量的粘结剂。
熔融法
熔融法是在高温条件下进行催化剂组分的熔合，使之 成为均匀的混合体、合金固溶体或氧化物固溶体。
助催化剂： 一些本身没有活性或活性很小，但添加少量于催化剂之 中，却能使催化剂具有所期望的活性、选择性或稳定性 的物质称为助催化剂。
载体： 增大表面积、提高耐热性和机械强度的作用，有时还能 多少担当助催化剂的角色。
抑制剂 ： 活性组分的催化活性适当调低，甚至在必要时大幅度地 下降抑制剂的作用，正好与助催化剂相反。（乙烯环氧 化中加入少量1,2-二氯乙烷）；
属盐类的水溶液）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。 影响沉淀法的因素有溶液的浓度、沉淀的温度、溶液 的PH值和加料的顺序等。 沉淀法的优点：
有利于杂质的清除 可获得活性组分分散度较高的产品 有利于组分间紧密结合，造成适宜的活性构造 活性组分与载体的结合较紧密，且前者不易流失。
浸渍法
浸渍法是负载型催化剂最常用的制备方法。 其制备步骤大体包括
①抽空载体； ②载体与被浸渍溶液接触； ③除去过剩的溶液； ④干燥； ⑤煅烧及活化。
生产实例：
用于加氢反应的载于氧化铝上的镍催化Ni/Al2O3如何制备？ 载体：氧化铝粒子 浸渍液：硝酸镍溶液
机械混合法
混合法是工业上制备多组分固体催化剂时常采用的 方法。
的位置。（换言之，缩短了达到平衡的时间） 催化剂不改变化学平衡，意味着既能加速正反应，也能
同样程度地加速逆反应，这样才能使其化学平衡常数保 持不变。
选择性
CO+H2
Cu-Zn-Cr-O Ni
Rh络 合物 Fe
CH3OH CH4
CH2OHCH2OH
烃类 混合物
选择性是指催化剂促使反应向所要求的方向进行而得到目的产物的 能力。
假设循环
催化作用可用最简单的“假设循环”表示出来，如下图。
催化反应的循环图
2.基本特征
催化剂能够加快化学反应速率，但它本身并不进入化学 反应的计量。
催化剂对反应具有选择性。 催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能
加速热力学上无法进行的反应。 催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡
（5）其它物理性状
形状与尺寸----流体力学 比表面积----催化活性、选择性 孔容积、 孔径分布、平均孔径与自然孔径----传递过程 孔隙率 ，空隙率 ----传递过程 真密度 ，表观密度 ，堆积密度----反应器的利用率
使用寿命
转化率
用转化率表示催化剂的活性，是在一定反应时间、 反应温度和反应物料配比的条件下进行比较的。
0.3～2.0 0.4～4.0 0.5～0.9 0.2～0.3 0.3～0.5 约0.25 0.3 0.5～6.1 — 0.33～0.45 0.08 0.40 — —
几种催化剂的抑制剂
催化剂
反应
抑制剂
作用效果
Fe
氨合成
Cu,Ni,P,S
降低活性
SiO2,Al2O3 柴油裂化
Na
中和酸点，降低活性
Ag