催化材料与工业催化剂设计 PPT课件
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《工业催化精品课件》催化三.四
指催化剂能够加速化学反应的能力，通常用催化活度表示。
指催化剂在反应中能够促进特定化学反应的进行，而不影响其 他反应的能力。
指催化剂在反应条件下能够保持活性、稳定性的能力，包括热 稳定性、化学稳定性和机械稳定性等。
指催化剂的制备方法和原料是否易于获取，以及生产成本的高 低。
催化剂的制备方法
01
物理混合法
选择合适的催化剂
根据不同的工业催化过程，选择具有高活性、 高选择性、长寿命的催化剂。
优化反应条件
通过调整温度、压力、空速等反应条件，提 高工业催化过程的效率和产物质量。
改进工艺流程
通过对工业催化过程的工艺流程进行改进， 降低能耗和物耗，提高生产效率。
加强催化剂再生与循环利用
对失效的催化剂进行再生或循环利用，降低 生产成本并减少环境污染。
工业催化精品课件：催化三.四
目录
• 工业催化的定义与重要性 • 催化反应的原理与类型 • 催化剂的种类与特性 • 工业催化过程与设备 • 工业催化的未来发展与挑战
01
工业催化的定义与重要性
工业催化的定义
工业催化是指通过催化剂的作 用，加快化学反应速率，促进 物质转化的过程。
催化剂是一种能够改变化学反 应速率但不改变反应总热力学 平衡的物质。
在催化剂的作用下，重质烃类在高温下 发生裂解反应，生成轻质油品和裂化气。
烷基化
在催化剂的作用下，烷烃与烯烃发生 反应，生成异构烷烃和烷基化油。
催化重整
在催化剂的作用下，将低辛烷值的直 馏汽油转化为高辛烷值的汽油和苯、 甲苯等芳烃。
合成氨
在催化剂的作用下，氮气和氢气反应 生成氨。
工业催化设备
固定床反应器
工业催化过程通常涉及化工、 石油、环保等领域，是实现物 质转化和利用的重要手段。
催化剂培训材料培训课件PPT工业催化剂制备与使用
– 若晶核长大速率大大超过晶核生成速率，溶液中最 初形成的晶核不是很多，较多的离子以晶核为中心， 依次排列长大而生成颗粒较大的晶型沉淀。
• 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。
• 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。
催化剂制备方法课件
金属盐溶液 NaOH(Na2CO3) NH3.H2O
沉淀
洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型 催化剂
活 化
单组分沉淀法
• 制备非贵金属的单组分催化剂或载体
Al3+ + OH-
Al2O3.nH2O 焙 烧
载体Al2O3
a- Al2O3， g- Al2O3， h-Al2O3
共沉淀法
• 多个组分同时沉淀（各组分比例较恒定， 分布也均匀）
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
催化剂的一般制备方法
• 不同制备方法，成分、用量相同，但催化 剂的性能可能不同
– 沉淀法 – 浸渍法 – 混合法 – 离子交换法
一、沉淀法
• 沉淀剂加入金属盐类溶液，得到沉淀后再 进行处理
超强酸SbF5· HF ,卤化物/ 载 体
催化裂化
2.
•
•
助催化剂材料的选择
1) 调变性助催化剂
助催化剂导入主催化剂结构，形成固溶体，改变主催 化剂性质和分散度 改变主催化剂的本征活性和选择性。强化主催化剂的 优点、克服其缺点
2)
• • •
结构性助催化剂
要有高的熔点，不与活性组分发生化学反应 对于催化反应是惰性的 不与活性组分发生化学变化
Na2CO3
Cu(NO3) 2 Zn (NO3) 2 Al (NO3) 3 溶液 pH中性
合成甲醇 CuO-ZnO-Al2O3
三元混合氧 化物沉淀
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
沉淀
洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型 催化剂
活 化
单组分沉淀法
• 制备非贵金属的单组分催化剂或载体
Al3+ + OH-
Al2O3.nH2O 焙 烧
载体Al2O3
a- Al2O3， g- Al2O3， h-Al2O3
共沉淀法
• 多个组分同时沉淀（各组分比例较恒定， 分布也均匀）
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
催化剂的一般制备方法
• 不同制备方法，成分、用量相同，但催化 剂的性能可能不同
– 沉淀法 – 浸渍法 – 混合法 – 离子交换法
一、沉淀法
• 沉淀剂加入金属盐类溶液，得到沉淀后再 进行处理
超强酸SbF5· HF ,卤化物/ 载 体
催化裂化
2.
•
•
助催化剂材料的选择
1) 调变性助催化剂
助催化剂导入主催化剂结构，形成固溶体，改变主催 化剂性质和分散度 改变主催化剂的本征活性和选择性。强化主催化剂的 优点、克服其缺点
2)
• • •
结构性助催化剂
要有高的熔点，不与活性组分发生化学反应 对于催化反应是惰性的 不与活性组分发生化学变化
Na2CO3
Cu(NO3) 2 Zn (NO3) 2 Al (NO3) 3 溶液 pH中性
合成甲醇 CuO-ZnO-Al2O3
三元混合氧 化物沉淀
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
工业催化失活与再生PPT课件
05
结论
对工业催化失活与再生的总结
工业催化在化学工业中具有重要作用，但失活是 长期存在的问题，再生是解决失活的有效方法。
再生技术包括物理再生和化学再生，物理再生包 括加热、超声波、微波等，化学再生包括氧化、 还原、酸碱处理等。
工业催化的失活主要原因是催化剂活性组分烧结 、流失、中毒和热稳定性差。再生技术可以有效 恢复催化剂的活性，延长催化剂使用寿命，降低 生产成本。
再生技术在实际应用中取得了一定的效果，但仍 存在一些问题，如再生效率不高、对环境有污染 等，需要进一步研究和改进。
对未来工业催化发展的展望
随着环保意识的提高和能源消耗的增 加，工业催化将面临更大的挑战和机 遇。
新型工业催化材料的研发和应用将为 解决工业催化失活问题提供新的思路 和方法。
未来工业催化的发展方向包括开发高 效、环保、低成本的催化剂和再生技 术，以及拓展工业催化的应用领域。
热失活是由于高温下催化剂的热稳定性差导致活性降低。
工业催化再生技术原理
针对不同的失活原因，工业催化再生技术采用不同的物理或化学手段，如氧化再生、还 原再生、水热再生等。这些技术通过清除积碳、解除中毒、改善烧结和热稳定性等手段，
使催化剂恢复活性。
工业催化再生技术的应用与实例
应用领域
工业催化再生技术广泛应用于石油、化工、制药等领域。在这些领域中，催化剂 的失活问题普遍存在，工业催化再生技术的应用可以大大提高生产效率和经济效 益。
增加生产成本
需要频繁更换催化剂或增加再生次数，增加 了维护和运营成本。
产品质量问题
催化失活可能影响产品质量，导致产品纯度 下降或产生副产物。
安全风险
催化失活可能导致反应失控或产生有害物质， 增加安全风险。
《催化反应动力学》课件
工业催化反应
石油化工
催化裂化、加氢裂化、烷基化等，提高油品质量 和产量。
精细化工
有机合成、高分子合成、药物合成等，生产高附 加值化学品。
环保领域
脱硫、脱硝、污水处理等，降低污染物排放，保 护环境。
环境催化反应
大气污染治理
催化燃烧、光催化分解等，降低空气中的有害气体和颗粒物。
水处理
催化氧化、光催化氧化等，去除水中的有害物质和重金属离子。
土壤修复
利用催化剂降解土壤中的有机污染物，降低污染风险。
新材料合成中的催化反应
高分子材料
利用催化合成技术，制备高性能高分子材料 。
纳米材料
通过催化反应控制纳米材料的形貌和尺寸， 制备具有特殊性能的纳米材料。
复合材料
利用催化反应将不同材料复合在一起，制备 具有优异性能的复合材料。
06
总结与展望
本章总结
实验步骤与操作
01
实验操作注意事项
02 1. 确保实验器材和试剂的清洁度，避免污 染。
03
2. 严格控制实验温度和压力，确保实验条 件的准确性。
04
3. 在实验过程中，密切关注反应情况，如 有异常及时处理。
数据处理与分析
01
数据处理方法
02 1. 将实验数据整理成表格，列出各物质浓度的变 化。
03 2. 根据反应动力学方程，计算反应速率常数、活 化能等参数。
《催化反应动力学》 PPT课件
目录
• 引言 • 催化反应动力学基础 • 催化反应动力学模型 • 催化反应动力学实验 • 催化反应动力学应用 • 总结与展望
01
引言
课程简介
催化反应动力学是化学工程学科中的一门重要 课程，主要研究催化剂对化学反应速率的影响 。
工业催化PPT教学课件
我国化学工程与技术学科的发展中 里程碑
• 1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先 生建成上海天利氮气厂生产出液氨， 吴先生还创办了天厨味精厂（1923）、 天原电化厂（1929）和天盛陶器厂 （1934），以及范旭东在天津创办的 永利碱厂，这些化工原料的生产推动 了我国化学工业的发展
• 合成氨工业的巨大成功推动了化学工 业迅速发展，也带动了一系列化学工 程基础理论工作，如化工热力学、化 学工艺学、工业催化等。氨合成催化 剂的研究与改进已经尝试10万多个配 方，至今仍是催化界研究的方向
本课程基本内容催化材料催化材料aaddbbccee催化剂制备与表征技术各类催化剂及其催化作用工业催化剂发展简史催化作用基本原理催化反应催化反应动力学动力学能源环境催化催化新材料催化新技术第一章绪论第二章催化作用与催化剂第三章吸附作用与多相催化第四章各类催化剂及其催化作用第五章环境保护催化与环境友好催化第六章未来能源和燃料工业用催化技术第七章新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料第八章生物催化技术第九章工业催化剂的制备与使用第十章工业催化剂的设计第十一章工业催化剂的评价与宏观物性的测试第十二章催化剂表征的现代物理方法简介本课程基本内容教材
.
4
第一章 绪论
课程的主要任务 工业催化的发展简史 催化发展新领域 当前催化科学研究的重要方向
.
5
绪论
• 本课程的主要任务
掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学 本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，并能够 将新型催化剂开发原理运用到资源的化工利用、化学 制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等
②筛选出具有工业价值的熔铁催化剂。Karlsruhe大学当时宣布的催 化剂为锇（Os）和铀（U），既昂贵又不好操作。Haber的同事Mittasch经 过2500多种配方、6500多个实验筛选出高活性、高稳定性和长寿命的合成 氨熔铁催化剂（主要为Fe-Al-K多组元成分）。
第十三章新催化材料课件
化学法
沉淀法
通过向反应溶液中加入沉淀剂， 使目标元素以沉淀的形式析出， 经过洗涤、干燥等处理后得到新
催化材料。
溶胶-凝胶法
通过将目标元素或化合物溶解在溶 剂中形成溶胶，再经过聚合、干燥 等处理后得到新催化材料。
微乳液法
利用微乳液的微观结构，通过控制 反应条件，制备出具有特定结构和 性能的催化材料。
生物法
微生物法
利用微生物的生长和代谢过程，通过 控制培养条件和添加前驱体等方法， 制备出具有特定结构和性能的催化材 料。
酶法
利用酶的催化作用，通过控制反应条 件和底物浓度等方法，制备出具有特 定结构和性能的催化材料。
03
新催化材料的发展趋势
高性能化
总结词
新催化材料的高性能化是指提高催化材料的活性、选择性和 稳定性，以满足工业催化过程的高效、低成本和环保要求。
成本控制的挑战与解决方案
要点一
挑战
要点二
解决方案
新催化材料的制造成本较高，限制了其在实际生产中的应用。
发展低成本、高效的制备方法，降低催化材料的生产成本； 同时，提高催化材料的使用寿命和稳定性，减少更换和维 修的频率，从而降低长期运行成本。
可持续发展的挑战与解决方案
挑战
新催化材料在制备和使用过程中可能对环境 造成影响，不符合可持续发展的要求。
详细描述
随着工业催化需求的不断提高，对催化材料的高性能化要求 也越来越迫切。高性能化的催化材料能够提高催化反应的效 率，降低能耗和原料消耗，减少副反应和废弃物产生，从而 降低生产成本和环境负荷。
环保化
总结词
新催化材料的环保化是指降低催化材料对环境的影响，实现绿色、低碳、可持 续发展。
详细描述
【课件】工业催化-8-中科院
现在常用的最有效的两种能谱: 光电子能谱, 俄歇电子能谱AES, Auger electron spectroscopy。
光电子能谱，实际上包括XPS和紫外光电子能谱(UPS)，由 于X射线能量在(1-20)keV之间，另一种紫外线(UPS) 能量≤60eV。 X射线能量较高可激发原子的内层电子从而得知原子的化学特性， 紫外线能量低只能激发价电子，可得到价电子结构信息。由于 XPS使用比较普遍，所以常把XPS称为ESCA.
(1.1.2)谱峰的表示和识谱
4.2表面组成和结构- (1) XPS
X射线作用于样品，使样品原子中的各轨道的电子都有可能 被激发成为光电子，为了便于区别这些光电子，通常采用被激 发电子所在能级来表示光电子，能级用E(nlj)表示，n主量子数， l为轨道量子数，j为内量子数，如K层激发出的光电子为1S，l层 2S, 2p1/2,2p3/2 ，依次类推。
根据能量守恒定律，电子在吸收了光子的能量h后，被吸收
.2表面组成和结构- (1) XPS
光子能量的分配如下： h= Eb + Ws - e(Vi-Vs) + Ek + Er (2)
4.2表面组成和结构- (1) XPS
Ek: 光电子通过源缝时具有的动能。 假设源缝材料的功函数为Wi,
Ws如上所述是样品的功函数， 图26表明，如果Ws＞Wi，则当两 种材料电接触后，功函数小的源 缝材料中的电子向功函数大的样 品材料处移动。这些由于热运动 而迁移过来的电子分布在样品表 面，使样品带负电而源缝由于缺 少电子带正电位，从而产生一个接触电势差。这个电场将阻遏 电子继续从源缝向样品移动，当两者达到动态平衡时，两种材 料的化学势相同．其费米能级也完全相同。因此．两材料功函 数之差便等于电子克服该静电场所做的功，即
光电子能谱，实际上包括XPS和紫外光电子能谱(UPS)，由 于X射线能量在(1-20)keV之间，另一种紫外线(UPS) 能量≤60eV。 X射线能量较高可激发原子的内层电子从而得知原子的化学特性， 紫外线能量低只能激发价电子，可得到价电子结构信息。由于 XPS使用比较普遍，所以常把XPS称为ESCA.
(1.1.2)谱峰的表示和识谱
4.2表面组成和结构- (1) XPS
X射线作用于样品，使样品原子中的各轨道的电子都有可能 被激发成为光电子，为了便于区别这些光电子，通常采用被激 发电子所在能级来表示光电子，能级用E(nlj)表示，n主量子数， l为轨道量子数，j为内量子数，如K层激发出的光电子为1S，l层 2S, 2p1/2,2p3/2 ，依次类推。
根据能量守恒定律，电子在吸收了光子的能量h后，被吸收
.2表面组成和结构- (1) XPS
光子能量的分配如下： h= Eb + Ws - e(Vi-Vs) + Ek + Er (2)
4.2表面组成和结构- (1) XPS
Ek: 光电子通过源缝时具有的动能。 假设源缝材料的功函数为Wi,
Ws如上所述是样品的功函数， 图26表明，如果Ws＞Wi，则当两 种材料电接触后，功函数小的源 缝材料中的电子向功函数大的样 品材料处移动。这些由于热运动 而迁移过来的电子分布在样品表 面，使样品带负电而源缝由于缺 少电子带正电位，从而产生一个接触电势差。这个电场将阻遏 电子继续从源缝向样品移动，当两者达到动态平衡时，两种材 料的化学势相同．其费米能级也完全相同。因此．两材料功函 数之差便等于电子克服该静电场所做的功，即