催化剂工程设计论文
化学反应工程中的催化剂设计与优化

化学反应工程中的催化剂设计与优化催化剂是化学反应工程中不可或缺的重要组成部分,它们能够加速反应速率、提高产率、降低温度和压力等,从而在工业生产中发挥着重要的作用。
催化剂的设计与优化是化学反应工程中的关键环节,它涉及到催化剂的选择、制备、表征和性能调控等诸多方面。
催化剂的设计首先需要根据反应的特性和要求选择合适的催化剂类型。
常见的催化剂类型包括酸碱催化剂、金属催化剂和酶催化剂等。
酸碱催化剂适用于酸碱中和反应、酯化反应等,金属催化剂适用于氧化还原反应、加氢反应等,而酶催化剂则适用于生物催化反应。
根据反应物质的特性和反应条件的要求,选择合适的催化剂类型是催化剂设计的第一步。
催化剂的制备是催化剂设计的关键环节之一。
常用的催化剂制备方法包括沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法和共沉淀法等。
不同的制备方法会影响催化剂的结构和性能。
例如,溶胶-凝胶法可以制备出高度分散的纳米催化剂,而共沉淀法可以制备出具有较高活性的催化剂。
在制备过程中,还可以通过控制催化剂的组成、形貌和晶型等因素来调控催化剂的性能。
例如,通过调节催化剂的金属负载量和分散度,可以改变催化剂的活性和选择性。
催化剂的表征是催化剂设计的重要环节之一。
催化剂的表征可以通过各种手段进行,如X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等。
这些表征手段可以揭示催化剂的晶体结构、形貌、粒径分布和表面组成等信息。
通过催化剂的表征,可以了解催化剂的结构性质与反应性能之间的关系,从而指导催化剂的优化设计。
催化剂的性能调控是催化剂设计的最终目标。
催化剂的性能可以通过调控催化剂的组分、结构和表面性质等方面来实现。
例如,可以通过改变催化剂的组成来调控催化剂的酸碱性质,从而影响反应的速率和选择性。
此外,还可以通过调控催化剂的结构和表面性质来实现催化剂的性能调控。
例如,通过调节催化剂的晶体结构和晶面表面的原子结构,可以调控催化剂的活性位点密度和表面反应活性,从而提高催化剂的活性和选择性。
化学工程中的催化剂设计与制备

化学工程中的催化剂设计与制备化学工程领域中的催化剂设计与制备过程,是一项非常重要的技术工作。
催化剂能够促进化学反应的进行,可以大大提高化学反应的速率和效率。
在化学工程生产过程中,催化剂的性能直接影响到生产效率、产品质量以及环境保护等方面。
因此,催化剂的设计和制备对于化学工程领域的发展有着极其重要的意义。
催化剂的设计过程通常分为四个主要步骤:筛选原料、设计合成方案、化学反应过程分析和催化剂性能评估。
在筛选原料过程中,需要考虑多个因素,如原材料的价格、可获得性、处理难度以及化学反应的活性和选择性等。
在设计合成方案的过程中,需要考虑原材料的纯度、反应温度、反应时间、溶剂的种类和浓度以及催化剂的形貌等因素。
在化学反应过程分析中,则需要确定化学反应的机理、反应动力学参数以及反应条件等因素。
通过对催化剂性能的评估,可以确定催化剂的优缺点,以便进一步改进和优化催化剂的性能。
催化剂的制备过程则通常包括物质的分散、化学前驱物的转化、表面化学改性及后续处理等步骤。
这些步骤所需的操作不仅需要专业的技能,还需要良好的实验室管理和质量控制。
在物质的分散过程中,需要将催化剂的载体与催化剂活性中心分散均匀,以保证催化剂活性和高效。
在化学前驱物的转化过程中,则需要将活性物质添加到载体上,以便构建完整的催化剂。
表面化学改性的过程中,则会对催化剂的表面进行处理,以改善催化剂与反应物的接触状况,提高催化剂的选择性和抗污染性能。
后续处理则是催化剂制备的最后一步,主要是对催化剂进行活性测试和物性分析等工作,以保证催化剂的质量和性能符合工业需求和标准。
在催化剂设计和制备领域,最近出现了一些新的研究方向和技术。
一个重要的研究方向是固定床反应器的设计和优化,以实现催化剂的更高效利用。
另一个研究方向则是新型催化剂的开发和应用,在生物质能源转化、环境治理等领域具有广阔的应用前景。
同时,随着计算机科学和人工智能技术的不断发展,也出现了一些催化剂设计和制备的新方法,如分子模拟、人工智能优化,这些新技术的发展为催化剂设计和制备带来了新的机遇和挑战。
催化剂论文

浅谈催化剂的制备方法一催化剂的制备方法1.1浸渍法将含有活性组分(或连同助催化剂组分)的液态(或气态)物质浸载在固态载体表面上。
此法的优点为:可使用外形与尺寸合乎要求的载体,省去催化剂成型工序;可选择合适的载体,为催化剂提供所需的宏观结构特性,包括比表面、孔半径、机械强度、导热系数等;负载组分仅仅分布在载体表面上,利用率高,用量少,成本低。
广泛用于负载型催化剂的制备,尤其适用于低含量贵金属催化剂。
影响浸渍效果的因素有浸渍溶液本身的性质、载体的结构、浸渍过程的操作条件等。
浸渍方法有:①超孔容浸渍法,浸渍溶液体积超过载体微孔能容纳的体积,常在弱吸附的情况下使用;②等孔容浸渍法,浸渍溶液与载体有效微孔容积相等,无多余废液,可省略过滤,便于控制负载量和连续操作;③多次浸渍法,浸渍、干燥、煅烧反复进行多次,直至负载量足够为止,适用于浸载组分的溶解度不大的情况,也可用来依次浸载若干组分,以回避组分间的竞争吸附;④流化喷洒浸渍法,浸渍溶液直接喷洒到反应器中处在流化状态的载体颗粒上,制备完毕可直接转入使用,无需专用的催化剂制备设备;⑤蒸气相浸渍法,借助浸渍化合物的挥发性,以蒸气相的形式将它负载到载体表面上,但活性组分容易流失,必须在使用过程中随时补充。
1.2沉淀法用淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶或不溶化合物,经分离、洗涤、干燥、煅烧、成型或还原等工序,制得成品催化剂。
广泛用于高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体。
沉淀法有:①共沉淀法,将催化剂所需的两个或两个以上的组分同时沉淀的一种方法。
其特点是一次操作可以同时得到几个组分,而且各个组分的分布比较均匀。
如果组分之间形成固体溶液,那么分散度更为理想。
为了避免各个组分的分步沉淀,各金属盐的浓度、沉淀剂的浓度、介质的pH值及其他条件都须满足各个组分一起沉淀的要求。
②均匀沉淀法,首先使待沉淀溶液与沉淀剂母体充分混合,造成一个十分均匀的体系,然后调节温度,逐渐提高pH值,或在体系中逐渐生成沉淀剂等,创造形成沉淀的条件,使沉淀缓慢地进行,以制取颗粒十分均匀而比较纯净的固体。
催化剂的制备毕业论文

分类号O69Ni-Ce-ZrO2催化剂的制备及其CO2重整CH4催化行为作者单位指导老师提交时间目录摘要 (1)关键词 (1)1 引言 (1)1.1甲烷重整制合成气 (1)1.1.1 水蒸汽重整甲烷 (2)1.1.2 甲烷部分氧化 (2)1.1.3 二氧化碳重整甲烷 (2)1.2甲烷重整制合成气的催化剂 (3)1.2.1 催化剂活性组分 (4)1.2.2 载体 (4)1.2.3 助剂 (4)1.3本文研究内容 (5)2 实验部分 (5)2.1实验仪器及试剂 (5)2.1.1 实验仪器 (5)2.1.2 实验试剂 (6)2.2催化剂制备 (6)2.3催化剂评价 (7)2.3.1 催化剂评价装置与评价过程 (7)2.3.2 定量计算方法 (8)3 结果与讨论 (8)3.1络合剂的影响 (8)3.1.1 络合剂种类影响 (8)3.1.2 络合剂用量影响 (12)3.2Ce/Zr比的选择 (14)3.3Ni含量的影响 (17)4 结论 (19)参考文献 (20)Abstract (22)致谢 (23)Ni-Ce-ZrO2催化剂的制备及其CO2重整CH4催化行为曾广秘(陕西师范大学化学化工学院,西安,710062)摘要:采用络合分解法,制备一系列Ni-Ce-ZrO2催化剂。
分别考察了以甘氨酸、柠檬酸、聚乙烯醇、草酸、乙二胺四乙酸和尿酸为络合剂时,制备的Ni-Ce-ZrO2催化剂的CO2重整CH4催化性能。
研究了以甘氨酸为络合剂,并具体考察了络合剂用量、不同Ce/Zr以及Ni含量对CO2重整CH4催化性能的影响。
在相同反应条件下(1 atm,750 ℃,CH4/CO2 = 1,GHSV=53200 mL·g-1·h-1),以甘氨酸作为络合剂,且甘氨酸与金属离子比为1,Ce/Zr比为8:2,Ni含量为10 wt.%的催化剂活性和稳定性最好。
并通过BET、TPR、XRD等表征手段对一系列催化剂的结构和性质进行分析,与实验结果一致。
化学工程专业优秀毕业论文范本新型催化剂在化学反应中的应用研究

化学工程专业优秀毕业论文范本新型催化剂在化学反应中的应用研究催化剂是化学工程领域中广泛应用的一种重要物质,能够加速化学反应速率,提高反应的选择性和效率。
随着科技的发展和工业的进步,在化学工程中研发出了许多新型的催化剂,这些新型催化剂在化学反应中的应用研究成为了热门的话题。
一、新型催化剂的发展概述新型催化剂的发展是化学工程领域的一个重要研究方向。
传统的催化剂如金属催化剂和酶催化剂等在一定程度上存在着催化活性低、反应条件苛刻等问题。
为了解决这些问题,研究者们不断寻求创新,发展出了一系列新型催化剂,如纳米催化剂、分子筛催化剂等。
这些新型催化剂具有催化活性高、选择性好、稳定性强等优点,为化学工程领域的发展带来了新的机遇与挑战。
二、新型催化剂在有机合成中的应用有机合成是化学工程中的一项重要研究内容,也是新型催化剂应用的一个重要领域。
新型催化剂在有机合成中起到了至关重要的作用。
例如,纳米催化剂可以通过纳米结构的特殊性质,提高有机合成反应速率,降低催化剂用量和反应条件。
分子筛催化剂则可以通过选择性吸附等机制,实现对有机物的高效转化。
这些新型催化剂的应用大大促进了有机合成工艺的发展,推动了该领域的研究进展。
三、新型催化剂在能源领域中的应用能源领域是当前全球关注的焦点之一,新型催化剂在该领域中也有广泛的应用。
例如,金属催化剂可以在石油加工过程中起到催化裂化的作用,将重质烃转化为轻质烃,提高石油资源的利用率。
另外,纳米级催化剂可以用于燃料电池中,提高电极反应速率,增加电池的能量密度。
新型催化剂在能源领域的应用有助于解决能源紧缺和环境污染等问题,具有重要的意义。
四、新型催化剂的开发与研究方法新型催化剂的开发与研究需要有科学的方法和手段。
常见的方法包括合成新型催化剂、对催化剂进行表征和评价等。
合成新型催化剂可以采用溶胶-凝胶法、气相沉积法、共沉淀法等多种方法。
而催化剂的表征和评价则可以通过X射线衍射、透射电子显微镜等技术手段实现。
化学工程与工艺类专业优秀毕业论文范本新型催化剂在有机合成中的应用研究

化学工程与工艺类专业优秀毕业论文范本新型催化剂在有机合成中的应用研究在化学工程与工艺类专业中,优秀毕业论文范本是对学生研究成果的一种展示方式。
本文将介绍新型催化剂在有机合成中的应用研究,以展示化学工程与工艺类专业毕业论文的写作样式。
1. 引言催化剂在有机合成领域中具有重要作用。
随着科技的不断进步,新型催化剂的开发和应用成为了研究的热点。
本论文旨在探讨新型催化剂在有机合成中的应用,为进一步提升有机合成的效率和选择性做出贡献。
2. 新型催化剂的分类与特点2.1 类型一:金属催化剂金属催化剂常用于氢化、氧化等反应中。
其特点是活性高、稳定性好,具有较高的转化率和选择性。
2.2 类型二:生物催化剂生物催化剂是利用酶类催化剂来促进有机合成反应,具有高效、高选择性和环境友好等特点。
近年来,生物催化剂在有机合成中的应用越来越受到关注。
2.3 类型三:纳米催化剂纳米催化剂具有较大的比表面积和较高的反应活性,可以有效提高有机合成反应的速率和选择性。
其制备方法包括溶胶凝胶法、共沉淀法等。
3. 新型催化剂在有机合成中的应用案例3.1 催化剂A在醇醚类合成反应中的应用催化剂A能够有效催化醇醚的合成,通过优化反应条件,使合成效率和产物选择性得到明显提升。
实验证明,使用催化剂A可以显著减少副产物的生成,提高合成品质量。
3.2 催化剂B在酯化反应中的应用催化剂B具有高催化活性和良好的稳定性,在酯化反应中发挥重要作用。
通过合理选择反应物质的比例和反应条件,催化剂B能够提高反应速率和酯的选择性。
3.3 催化剂C在芳香族化学反应中的应用芳香族化合物的合成在药物合成和精细化工领域中占据重要地位。
催化剂C作为一种高效的催化剂,可以有效催化芳香族化学反应,提高反应效率和选择性。
4. 结果与讨论本论文的实验结果表明,新型催化剂在有机合成中具有广泛的应用前景。
这些催化剂不仅提高了有机合成反应的效率和选择性,还具有环保的特点,对于促进化学工程与工艺领域的发展具有重要意义。
化学工程与工艺专业优秀毕业论文范本催化剂在化学合成中的应用研究

化学工程与工艺专业优秀毕业论文范本催化剂在化学合成中的应用研究随着工业的发展和社会的进步,化学工程与工艺专业的毕业生们需要在毕业论文中展现出自己的专业知识和研究成果。
本篇文章将以"化学工程与工艺专业优秀毕业论文范本:催化剂在化学合成中的应用研究"为题,来探讨催化剂在化学合成中的应用研究。
引言:化学工程与工艺专业作为一门综合性的学科,涉及到许多化学反应和工艺过程的研究。
而催化剂作为化学合成中的重要组成部分,可以显著提高反应速率、改善产物选择性、降低反应温度等。
因此,催化剂在化学工程与工艺中的应用研究显得尤为重要和迫切。
一、催化剂的定义和分类催化剂是指能够参与化学反应但在反应结束时仍能恢复原状的物质。
根据其在化学反应中的状态,催化剂可分为固体催化剂、液体催化剂和气体催化剂。
二、催化剂在有机合成中的应用研究1. 催化剂在醇醛合成中的应用研究醇醛合成是有机合成中常见的一种反应。
通过引入催化剂,可以大大提高醇醛合成的速率和选择性,从而提高产品的质量和产率。
2. 催化剂在烯烃合成中的应用研究烯烃合成是工业生产中常用的一类反应。
催化剂在烯烃合成中的应用研究,可以有效提高反应的转化率和选择性,并降低能耗和环境污染。
三、催化剂在无机材料合成中的应用研究1. 催化剂在纳米材料合成中的应用研究催化剂在纳米材料合成中起到重要作用。
通过合适的催化剂选择和反应条件优化,可以在无机材料合成过程中控制其尺寸、形貌和晶态结构,从而获得具有特定功能的纳米材料。
2. 催化剂在陶瓷材料合成中的应用研究陶瓷材料是一种重要的无机材料,广泛应用于建筑、电子和能源等领域。
催化剂在陶瓷材料合成中的应用研究,可以优化反应条件,提高材料的烧结性能和物理化学性质。
结论:催化剂在化学合成中具有广泛的应用前景,通过合适的催化剂选择、反应条件优化和催化机理研究,可以实现高效、绿色和可持续的化学合成过程。
化学工程与工艺专业的毕业生们应该加强对催化剂在化学合成中的应用研究,努力将其理论研究与工程实践相结合,为化学工程和工艺的发展做出更大的贡献。
中国石油大学《催化剂设计与制备》课程论文

《催化剂设计与制备》课程论文姓名:学号:学院:专业:指导老师:一、合成氨催化剂设计从工业化到现在氨合成的催化剂有铁基传统熔铁氨合成催化剂、Fe1-x O基氨合成催化剂、钌基氨合成催化剂、钴钼氮化物氨合成催化剂。
最先工业化的催化剂是传统熔铁催化剂,通常认为以Fe3O4为母体的催化剂具有的活性最高。
随着研究的不断深入,Fe1-x O基氨合成催化剂、钌基氨合成催化剂、钴钼氮化物氨合成催化剂陆续被发现。
1986年,浙江工业大学[1-6]发明的具有维氏体(Wustite)结构的Fe1-x O基催化剂,突破了“以Fe3O4为母体的熔铁催化剂具有最高活性”传统定论的束缚。
从这个催化剂的改进过程可以看出:在进行催化剂设计时,不仅要考虑助催化剂的种类和数量对于整个催化反应活性的影响,还要考虑催化剂母体相的性质对于催化剂活性的影响。
在催化剂的催化作用中,母体相和助催化剂都起着非常重要的作用,所以在设计时要同时考虑两者的性质。
我们还可以看出:催化剂设计过程中,前人留下的经验虽然非常重要但不是绝对的,我们在进行设计时要勇于打破这种枷锁来让自己的思路进入到更自由的境界。
40多年前,Ozaki等[7]得到一条能够定量描述金属元素在氨合成中的催化效率的火山形曲线。
在这条曲线中,钌、锇和铁在火山形的顶端。
相对于熔铁催化剂来说,钌基催化剂具备催化活性强、反应温度低、操作压力小等优点。
从这个改进过程可以看出,催化剂的改良或者设计都先需要对催化反应的机理进行深入地理论研究,只有把理论研究做扎实了,我们才能知道哪种催化剂对于这种反应有更好的催化作用。
就钌催化剂的出现而言,就是因为对氨合成和分解中元素的催化效率与氮的化学吸附能的关联进行了理论研究,才知道钌催化剂也具有非常高的催化活性。
在Ozaki等得到的火山形曲线中,把这条曲线上与氮反应很活泼的与很不活泼的元素形成合金来构造一个活性表面,以达到最优化的性能。
结果发现,钴钼氮化物催化剂的活性比Ru和Os更接近曲线的顶点,比各自组分有更好的氨合成活性。
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催化剂工程进展评述杨闯(北京化工大学,北京 102200)摘要:催化剂工程是一门比较前言的新学科,在推动化学产业及其他工业产业的发展中有举足轻重的地位。
在基于工业催化剂的生产制造、评价测试、设计开发和操作使用上,它涉及到多学科的交叉渗透。
随着现代物理手段和电子计算机的介入,已经取得了新的发展。
为了更好地认识和掌握该学科,促进催化剂在工业中应用,有必要研究其当前的的发展状况。
关键字:催化剂工程;评价测试;设计开发;操作使用;工业催化剂The Reviewed of Catalyst Engineering ProgressYang Chuang(Beijing University of Chemical Technology,Beijing 102200,China)Abstract:Catalyst engineering is a comparative introduction of new discipline,and has a pivotal position in the development of the chemical industry and other industries .Based on the industrial catalyst evaluation test,design and development, and the use of operation,catalyst engineering involves multi-discipline cross penetration.With the intervention of modern physical means and computer,it has made a new development.In order to better understand and master the discipline,and promote the application of catalyst in industry ,it is necessary to study its current development situation.Key words:catalyst engineering;evaluation test;design and development;the use of operation;industrial catalyst引言20世纪下半叶以来,催化剂科学和技术飞速发展,催化剂的更新换代日新月异,新型催化剂已经渗透到石油炼制工业、化学工业、高分子材料工业、生物化学工业、食品工业、医药工业以及环境保护产业的绝大部分工艺过程中[1]。
经典的催化科学涵盖面广,然而,应用于化工生产的催化科学适于将其研究领域划分为工业催化剂和催化剂工程两个不同层次的子领域。
前者偏重于工艺和普及,后者重于工艺和提高。
目前,催化剂工程仍然是一门前言新学科,它立足于经典催化剂科学和化学动力学、化学反应工程学、计算机应用化学以及表面物理化学等多学科的交界面上,以工业催化剂的制造生产、评价测试、设计开发、操作使用等工程问题为其研究对象[2],是化工行业专门人才所必备的基本知识。
由于现代物理手段的介入,以及电子计算机用于化工催化,已经大大帮助了人们认清催化剂现象背后的物理化学本质,从而充实了催化剂理论的准确性以及预见性,并且大大提高了工业催化剂设计开发的速度、质量和效益,同时使之由长期以来的盲目定型试探,向精确的定量计算转化,进而由技艺型向科学型转化,这一发展形式已使人们看到了化工催化这一革命性转变的前兆。
需要指出的是,催化剂工程与我们所熟悉的化学反应工程既有联系又有区别。
前者以研究反应器中运转的催化剂为主,后者则以研究工业反应器为主。
一旦定型的工业反应器,其结构往往相对稳定,更新较慢。
然而,催化剂定型生产后,换代开发却相当的频繁,随之而来的装置扩容、挖潜、节能、增效等成果就源源而来,而若将两者有机的结合起来,将会产生更多更好的研究成果来。
在本文中将从催化剂的制造生产、评价测试、设计开发和操作使用等方面的进展对催化剂工程进行简单评述。
1、催化剂的制造生产工业催化剂与所有化工产品一样,要从制备、性质和应用这三个基本方面来对其加以研究,而其性能主要取决于其化学组成和物理结构。
因此,由于制备方法的不同,尽管成分、用量完全相同,所制造出来的催化剂性能仍有可能差异很大。
在化学工业中,可以用作催化剂的材料很多,包括多种无机材料、分子筛复盐为代表的有机离子交换剂、金属有机化合物以及生物酶等。
在催化剂生产和科学研究实践中,通常要用到一系列化学的、物理的和机械的专门操作方法来制备,是溶解、沉淀、浸渍、离子交换、过滤、干燥、成型、焙烧等单元操作的的结合。
目前,应用最广的多相催化剂常以传统的制备方法为主[3]。
例如,乙烯氧化制环氧乙烷用的单质银催化剂,具有优良的离子交换、吸附和催化性能的分子筛等等,通常使用沉淀法;图1 高硅钠型分子筛合成工艺流程Fig.1 High silica sodium type molecular sievesynthesis process图2 浸渍型水蒸气转化镍催化剂生产流程Fig.2 Nickel immersion type steam reforming catalystin the manufacture process乙炔制醋酸乙烯的错酸锌(或活性炭),石油化工生产中所用的铂/氧化铝重整催化剂,合成氨一炼油工艺中应用广泛的浸渍型镍系水蒸气转化催化剂等等,通常使用浸渍法;固体磷酸催化剂,转化吸收型锌锰系脱硫催化剂等等,通常使用混合法;用于氨合成的熔铁催化剂,烃类加氢及费-托合成烃催化剂,骨架铜催化剂等等,通常使用热熔法;新型的AgBr/Ag2WO4复合光催化剂,强酸性阳离子交换树脂ClO2催化剂等,通常使用离子交换法[4]。
图3 骨架镍催化剂生产流程Fig.3 Skeleton nickel catalyst in the manufactureprocess催化剂的成型是制备催化剂的重要程序,成型方法的选择主要考虑成型前物料的物理性质和成型后催化剂的物理、化学性质。
为加工不同形状和性质的催化剂,有不同的成型设备和成型方法。
通常使用的方法包括压片成型、挤条成型、油中成型、喷雾成型和转动成型等[3,4]。
近年来,以催化剂制备方法为核心的催化剂技术正不断发展着,并产生了一些与传统制备方法不同的新方法和技术。
随着新型无机纳米材料技术的发展,纳米材料与催化剂的结合在固体催化剂的制备上已经得到了关注。
比如纯铜纳米催化剂的制备。
将这种超细铜粒子用作催化剂,将对气固相反应表面结合能的增大有重要影响[5-6]。
还有凝胶法和微乳化技术在某些超细微粒的新型催化剂也得到了发展。
比如,凝胶法制取特种陶瓷PbTiO3的超细粉末前驱体所需的TiO2与PbO粉,微乳化技术[7]制备氧化硅负载的高活性铑催化剂。
其他的新方法还有气相沉积法[8],膜分离技术与催化反应结合的膜催化剂[9,10]和化学镀等。
图4 微乳化技术制备Rh/SiO2催化剂流程Fig.4 Micro-emulsion technology preparation ofRh/SiO2 catalyst图5膜催化剂原理示意图Fig.5 Membrane catalyst principle2、催化剂性能的评价、测试和表征一般而言,衡量一个工业催化剂的质量与效率,集中起来是活性、选择性和使用寿命这三项综合指标。
与这三项指标相关,还要从催化剂的机械强度、抗毒性、几何物理性质、宏观和微观的物理结构、经济性能等各方面来综合地衡量。
工业催化剂的评价是指对催化剂的化学性质的考察和定量描述;测试则常侧重于对工业催化剂物理性质(宏观和微观)的测定;而表征则着眼于从综合的角度研讨工业催化剂各种物理、化学性质以及物理化学性质诸性能的内在联系和规律性。
2.1催化剂活性的测定催化剂活性的测定主要有流动法和静态法两类方法,在工业上常以转化率来描述催化剂的活性。
催化剂评价实验与动力学实验虽然目的不同,但两者的实验设备、装置和流程一般基本相同。
在催化剂评价实验中,只需改变催化剂而不改变实验条件。
因此,为了得到研究催化活性的研究模型,常以催化反应动力学作为工具。
在得到动力学数学模型时,主要涉及到各种实验反应器,如常用的微分反应器、积分反应器和无梯度反应器等[11-14]。
表1几种实验室反应器性能比较[6]Table 1 Compare of several labor reactorperformance近年来,催化剂评价和动力学设备开发研究又有突破。
比如催化剂的反应系统,评价装置与物化测试手段联合应用等,例如微色谱技术与热天平、差热、红外吸收光谱等的联合使用。
2、2催化剂的宏观物理性质的测定图6催化剂颗粒结合体示意图Fig.6 Catalyst particle combination 工业催化剂的性质包括化学性质和物理性质,在其化学组成和结构确定的情况下,催化剂颗粒-孔系的宏观物理性质决定了催化剂的性能与寿命。
对其进行测定与表征通常包括了颗粒直径及粒径分布、机械强度、抗毒稳定性、比表面积和孔结构的测定。
目前,在颗粒直径及粒径分布的测定上有了较新的发展[15],比如沉降X-射线光透法(其结构原理如图7)、电镜-小型图像仪法、激光全散射技术等。
对于其他的宏观物理性质的测定还在使用传统的操作方法,但已经相当成熟可靠。
图7沉降X-射线光透式粒度分析仪结构原理图Fig.7 Sedimentation X-ray light through type particle size analyzer structure 2、3催化剂微观性质的测定和表征催化剂除的宏观物理结构性质外,还有表面活性、金属粒子大小及其分布、晶体物理、结构缺陷的鉴定等。
此外,还有一些涉及到催化剂表面化合价及电子状态、电学和磁学性质等微观性质。
在这些复杂微观性质的测定研究中,除了应用传统的电子显微镜、X-射线结构分析、热分析技术等技术手段外,近代物理方法已经成为今日催化剂科学研究的一个重要特点。
电子探针技术、X-射线电子能光谱(XPS)、红外光谱技术等,在将催化剂制备过程和表面的认识与催化剂活性、选择性和寿命关联起来的过程中发挥着重要的作用。
比如电子探针技术有助于表征毒物或助催化剂的存在状态及组成分布,XPS可以提供表面组成、价态、结合能,对研究催化剂活性中心本质以及中毒机理颇为重要[11,12]。
此外,各种近代物理手段与微型化色(质)谱技术的联用也成为一个新的领域。
比如X-光衍射-流动反应器,其结构如图8所示。