第四章催化剂的选择、设计和制备
第四章 催化剂
一种催化剂只能选择性地加速某一或某些特定的化学反应， 意即同一催化剂对于不同的反应具有不同的催化活性，称 催化剂选择性。利用催化剂对反应的选择性来控制原料的 化学转变方向，在化学工业中有重要意义。 在可逆反应中，对于正、逆反应的速度，催化剂是以同样 的倍率产生影响的。所以催化剂虽然能加速化学反应， 但它不能改变化学平衡常数，只能影响反应向平衡状态推 进的速度。例如铂、钯催化剂可使苯加氢转变为环己烷， 但在有利于脱氢反应的热力学条件下，它们亦可使环己烷 脱氢成苯。
Ⅱ、线缺陷（一维缺陷）——位错
指晶体中某处有一列原子发生有规 律的错排现象称为位错（dislocation）。
分类
刃型位错（Edge Dislocation） 螺旋位错（Screw Dislocation）
Ⅲ、面缺陷（二维缺陷）——晶 界和亚晶界
面缺陷（ Planar Defect ）又称为二 维缺陷，是指在二维方向上偏离理想晶体 中的周期性、规则性排列而产生的缺陷， 即缺陷尺寸在二维方向上延伸，在第三维 方向上很小。金属晶体中的面缺陷主要有 晶界和亚晶界。
②原子个数比表示法
3.
性能参数 ①比表面积（用BET公式测定）；
②密度； ③孔结构参数（孔隙率、比孔容、平均孔径）； ④机械强度 ⑤气体流通性－－压力降
4.
催化剂作用的基本原理
催化反应过程，尤其是多相催化反应，是一个 复杂的过程，包括了扩散、吸附、表面反应、 脱附、再扩散等步骤。每一步骤又分别涉及到 物理、化学、量子化学、反应工程等基本原理。
5. 几种常用的催化剂载体
① 氧化铝 作为催化剂载体的多用多孔性氧化铝，它 有8种晶型，作为催化剂和载体使用的是γ和η型氧化 铝。
制法：水合氧化铝加热失水；用铝酸钠和硫酸铝中和， 再烧制。 催化活性中心形成：①氧化铝在焙烧中残留有羟基，失 水形成路易斯碱中心；②表面原子的丢失形成空缺或晶 体中的缺陷；③制备过程中带入的微量杂质。
化学中的催化剂选择
化学中的催化剂选择催化剂是一种能够改变化学反应速率的物质，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。
在化学实验和工业生产中，催化剂的选择至关重要，因为它可以显著影响反应的效率、产物质量和能量消耗。
1.催化剂的定义和特点–催化剂能够加速或减慢化学反应速率，而不参与反应本身。
–催化剂在反应前后的质量和化学性质保持不变，即“质量守恒”和“性质不变”。
–催化剂能够降低反应的活化能，从而提高反应速率。
2.催化剂的选择依据–反应类型：根据化学反应的类型（例如氧化、还原、水解等），选择具有相应活性的催化剂。
–催化剂活性：催化剂的活性越高，对反应速率的提升作用越明显。
–稳定性：催化剂在反应条件下的稳定性，包括温度、压力、湿度等因素。
–选择性：催化剂对特定反应的催化效果，以及产物种类的控制能力。
–成本效益：催化剂的生产成本和反应后的分离、回收难度。
3.常见催化剂类型–金属催化剂：如铂、钯、铑等，常用于氧化、氢化等反应。
–分子催化剂：如酶，特别适用于生物体内的化学反应。
–固体催化剂：如氧化铝、硅胶等，常用于吸附和催化脱附过程。
–液体催化剂：如酸、碱，常用于调控反应的pH值和催化特定反应。
4.催化剂的设计与合成–催化剂的设计需要基于反应机理和目标产物的要求。
–合成方法包括物理吸附、化学合成、生物合成等。
–纳米技术在催化剂设计中的应用，通过调控催化剂的尺寸和形貌来优化性能。
5.催化剂的应用领域–化学工业：炼油、合成氨、聚合反应等。
–环境保护：汽车尾气净化、废水处理等。
–医药合成：药物制备中许多关键步骤需要催化剂参与。
6.催化剂研究的挑战与发展方向–发现和设计新型高效催化剂。
–提高催化剂在极端条件下的稳定性和耐用性。
–发展绿色化学，设计和合成环境友好型催化剂。
–利用计算化学方法预测催化剂性能，实现理性设计。
催化剂的选择和使用是化学工艺中的核心问题，合理选择和使用催化剂可以提高生产效率，减少资源消耗，并有助于实现可持续发展的目标。
化学反应中的催化剂选择与设计
化学反应中的催化剂选择与设计催化剂是化学反应中起着重要作用的物质，它能够加速反应速率、降低活化能，从而提高反应的效率和选择性。
合理选择和设计催化剂对于许多化学工业过程和实验室研究都至关重要。
本文将探讨催化剂选择和设计的一些关键因素，以及相关应用案例。
一、催化剂的选择在选择催化剂时，需要考虑以下几个因素：1. 反应类型和反应条件：不同的反应类型和反应条件对催化剂的要求是不同的。
例如，氧化反应通常需要选择具有氧化性能的催化剂，而加氢反应则需要选择具有还原性能的催化剂。
此外，反应中的温度、压力和溶剂等因素也会对催化剂的选择产生影响。
2. 反应速率和选择性：催化剂应当能够加速反应速率，从而提高反应效率。
同时，催化剂的选择还应考虑到反应的选择性，即产物的选择程度。
有些反应需要高选择性的催化剂，以避免不必要的副反应产物。
3. 催化剂的稳定性和寿命：催化剂在反应过程中可能会受到一些不可逆的变化，例如失活、中毒等。
选择稳定性较高的催化剂可以延长其使用寿命，减少更换催化剂的频率。
二、催化剂的设计除了选择合适的催化剂外，有时也需要对催化剂进行设计以满足特定需求。
下面介绍两种常见的催化剂设计方法。
1. 有序合金催化剂设计：有序合金是一种具有高度有序结构的催化剂材料。
通过设计合金的组成和结构，可以调节催化剂的性能。
例如，控制合金中的成分比例和结晶状态可以改变催化剂的表面活性位点，从而调节催化剂的反应活性和选择性。
2. 基于表面修饰的催化剂设计：催化剂的表面性质对其催化性能起着至关重要的作用。
通过在催化剂表面上引入特定的修饰物，可以改变催化剂与反应物的相互作用，进而调节反应的速率和选择性。
例如，在金属催化剂表面上引入单原子合金或者氧化物纳米颗粒，可以提高催化剂的活性和稳定性。
三、催化剂应用案例1. 催化剂在汽车尾气处理中的应用：在汽车尾气中，含有大量有害气体，如一氧化碳、氮氧化物和挥发性有机物等。
通过使用合适的催化剂，可以将这些有害气体转化为无害的物质，从而减少对环境的污染。
第四章金属催化剂及其催化剂作用 2
第四章金属催化剂及其催化作用4.1 金属催化剂的应用及其特性4.1.1 金属催化剂概述及应用金属催化剂是一类重要的工业催化剂。
主要包括块状催化剂，如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等；分散或者负载型的金属催化剂，如Pt-Re/-Al2O3重整催化剂，Ni/Al2O3加氢催化剂等；4.1.2 金属催化剂的特性几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。
过渡金属能级中都含有未成对电子，在物理性质中表现出具有强的顺磁性或铁磁性，在化学吸附过程中，这些d电子可与被吸附物中的s电子或p电子配对，发生化学吸附，生成表面中间物种，从而使吸附分子活化。
金属适合于作哪种类型的催化剂，要看其对反应物的相容性。
发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。
除表面外，不深入到体内，此即相容性。
如过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，因为H2很容易在其表面吸附，反应不进行到表层以下。
但只有“贵金属”（Pd、Pt，也有Ag）可作氧化反应催化剂，因为它们在相应温度下能抗拒氧化。
故对金属催化剂的深入认识，要了解其吸附性能和化学键特性。
4.2 金属催化剂的化学吸附4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系不同的金属催化剂的化学吸附能力取决于各种因素，包括金属化学性质、气体化学性质、金属结构、吸附条件等等，见表4－3。
1 具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附2 电子云重叠少，吸附弱；电子云重叠多，吸附强。
3 气体的化学性质越活泼，化学吸附越容易。
4 吸附条件也有一定影响。
低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附（但不能太高，否则TPD怎么做？）。
压力增加对物理吸附和化学吸附都有利。
4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系金属催化剂催化活化的过程可以看成是化学吸附的过程，化学吸附的状态与金属催化剂的逸出功及反应物气体的电离势有关。
1 电子逸出功：将电子从金属催化剂中移到外界所需的最小功，或电子脱离金属表面所需的最低能量。
第四章催化剂的选择、设计和制备..
4.1 催化剂的选择分类 4.2 催化剂设计步骤 4.3 催化剂的一般制备方法
基本要求：掌握催化剂的组分筛选、熟悉催 化剂设计的一般步骤。熟悉催化剂的制备过 程；
4.1 催化剂的选择分类
•4.1.2 催化剂研发的目的
不断改进现有催化剂的性能
利用现有廉价原料合成化工产品 为化工新产品和环境友好工艺的开发
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% 干燥、活化焙烧分解 负载型镍催化剂
4.3.3 热熔融法
合成氨催化剂是采用热熔融法(melting)制成。将磁
分散性和均匀性较低
湿混法
固体磷酸催化剂（促进烯烃聚合、异构化、 水合、烯烃烷基化、醇类脱水）
100份 硅藻土 300份 正磷酸 石磨 30份
磷酸负载于 硅藻土
混合
烘 干
成型、焙烧
固体 磷酸
干混法
锌锰系脱硫催化剂（合成氨厂的原料气净化， 脱除其中含有的有机硫化物）
氧化镁
锌-锰-镁 脱硫催化剂
碳酸锌
二氧化锰
机混
350 oC分解 碳酸锌
焙 烧
喷球
焙烧
脱硫 催化剂
4.3.5 离子交换法
利用离子交换作为其主要制备工序的催化剂制备方
法
利用离子交换的手段把活性组分以阳离子的形式交
换吸附到载体上
化学化学催化剂的选择
化学化学催化剂的选择化学催化剂的选择化学催化剂是在化学反应中起到增加反应速率，降低活化能的物质。
催化剂的选择对于化学反应的效率和产物选择具有重要影响。
本文将探讨在不同化学反应中如何选择合适的催化剂，以提高反应效率和产物选择性。
一、催化剂的类型化学催化剂可以分为两大类：气相催化剂和固相催化剂。
气相催化剂是在气体状态下起作用的，如氧气在氧化反应中起到催化作用；固相催化剂则是以固体颗粒或表面上的物质为载体进行催化，如金属、矿石等。
在选择催化剂时，需要考虑反应条件、反应物的相态以及催化剂与反应物的相互作用。
二、合适的催化剂选择1. 反应类型和反应机理不同的反应类型和反应机理需要不同类型的催化剂。
例如，在氧化还原反应中，金属催化剂常被使用；在酸碱催化反应中，酸或碱催化剂可以提供质子或氢离子；在氢化反应中，常使用贵金属作为催化剂；而在选择反应机理上，需要根据催化剂与反应物的吸附作用和表面活性位点来考虑。
2. 催化剂的活性和稳定性催化剂的活性是衡量其催化效果的重要指标。
高活性的催化剂可以提高反应速率，降低活化能。
一般来说，活性金属催化剂具有较高的催化活性。
此外，催化剂的稳定性也是选择的重要因素，稳定性差的催化剂容易失活，减少其使用寿命。
因此，在选择催化剂时需考虑其活性和稳定性的平衡。
3. 催化剂的选择性催化剂的选择性是指在多种可能的反应途径中，选择产生目标产物的能力。
高选择性的催化剂可以控制反应的副产物生成，提高产物纯度。
选择性催化剂的设计需要考虑催化剂与反应物之间的亲和力和反应活性。
三、实例分析以催化剂在石油炼制过程中的应用为例，石油催化裂化（FCC）是一种广泛应用的催化技术。
在FCC过程中，选择合适的催化剂可以实现石油分子的断裂、重组和转化，提高汽油、柴油等高附加值产物的产率。
常用的FCC催化剂通常是由粉体沸石分子筛作为载体，负载有活性金属催化剂和助剂。
沸石作为载体具有较大的比表面积和孔隙结构，提供了充足的反应场所；活性金属催化剂在催化过程中起到断裂和重组反应的作用；助剂则可以改善催化剂的稳定性、抗结炭性能等。
有机合成中的催化剂选择与设计
有机合成中的催化剂选择与设计有机合成是一门重要的化学领域，它涉及到合成有机分子的方法和过程。
在有机合成中，催化剂的选择和设计起着至关重要的作用。
催化剂可以加速反应速率、提高产率和选择性，因此对于有机合成的成功至关重要。
在有机合成中，常用的催化剂有金属催化剂和有机催化剂。
金属催化剂通常是过渡金属，如钯、铑、铑等。
这些金属催化剂具有良好的催化活性和选择性，可以催化各种有机反应，如氢化、羰基化、氧化等。
金属催化剂的选择主要考虑其催化活性、稳定性和可重复使用性。
此外，还需要考虑金属催化剂的毒性和环境影响。
有机催化剂是一类由有机分子构成的催化剂。
与金属催化剂相比，有机催化剂具有更高的选择性和更低的毒性。
有机催化剂的选择主要考虑其催化活性、稳定性和可控性。
有机催化剂可以通过调整其结构和功能团来实现对反应的催化控制。
例如，通过引入特定的官能团，可以实现对立体选择性和区域选择性的控制。
在催化剂的选择和设计中，还需要考虑反应条件和催化剂的适应性。
不同的反应需要不同的催化剂和反应条件。
例如，氢化反应通常需要贵金属催化剂和氢气作为氢源，而羰基化反应通常需要过渡金属催化剂和碳氧化合物作为羰基源。
催化剂的适应性还包括对不同底物和功能团的容忍性。
催化剂的选择和设计需要考虑到反应底物的结构和性质，以及催化剂对不同官能团的容忍性。
在有机合成中，催化剂的选择和设计是一个复杂而关键的过程。
它涉及到对催化机理和反应动力学的深入理解，以及对催化剂结构和功能的合理设计。
催化剂的选择和设计是有机合成领域的重要课题，对于提高有机合成的效率和可持续性具有重要意义。
总之，催化剂的选择和设计在有机合成中起着至关重要的作用。
金属催化剂和有机催化剂是常用的催化剂类型，它们具有不同的特点和应用。
催化剂的选择和设计需要考虑到催化活性、选择性、稳定性和适应性等因素。
在有机合成中，合理选择和设计催化剂可以提高反应效率、产率和选择性，从而推动有机合成的发展。
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。
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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% 干燥、活化焙烧分解 负载型镍催化剂
4.3.3 热熔融法
合成氨催化剂是采用热熔融法(melting)制成。将磁
混合
4.3.2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
浸渍法的优点
第一，可使用现成的有一定外型和尺寸的载体材 料，省去成型过程。
第二，可选择合适的载体以提供催化剂所需的物
理结构待性．如比表面、孔径和强度等。
沉淀 洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型 催化剂
活 化
4.3.1.1 沉淀法分类
（1）单组分沉淀法
制备非贵金属的单组分催化剂或载体
载体Al2O3
Al3+ + OHAl2O3.nH2O 焙 烧 α- Al2O3， γ- Al2O3， η-Al2O3
（2）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）
膜催化剂
提高转化率 简化分离工序
(2) 利用现有廉价原料合成化工产品
•用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂 化工产生中原料费用占总成本的60-70%使用廉价原料是降低生产成 本重要途径。
•醋酸生产
最初：乙炔水合乙醛氧化为醋酸（HgCl2）
后来：乙烯直接氧化制乙醛再氧化为醋酸（PdCl2-CuCl2）
现在：甲醇羰基合成醋酸（铑络合物）
分散性和均匀性较低
湿混法
固体磷酸催化剂（促进烯烃聚合、异构化、 水合、烯烃烷基化、醇类脱水）
100份 硅藻土 300份 正磷酸 石磨 30份
磷酸负载于 硅藻土
混合
烘 干
成型、焙烧
固体 磷酸
干混法
锌锰系脱硫催化剂（合成氨厂的原料气净化， 脱除其中含有的有机硫化物）
氧化镁
锌-锰-镁 脱硫催化剂
•举例：
重整反应就是由一系列脱氢、加氢反应与异构化、环化反 应构成的。在所涉及的各步反应中需要不同催化功能的活 性中心。如脱氢反应需要有促进电子转移的活性中心，异 构化反应则需要有质子转移能力的活性中心。
4.2 催化剂设计步骤
（1）反应机理分析、反应热力学和动力学分析 ①在动力学上反应分子数不应高于双分子，因为三分子 反应是罕见的。 ②在热力学上平衡常数极小的反应是不现实的，因为经 历这样的过程，中间物种浓度太低。 ③应抛弃反应热过大的吸热反应，因为这类反应的活化 能太高，在动力学上是不利的。 ④在合理的范围内，应该选用所经历步骤最少的反应机 理。根据上述原则，可以拟定出反应机理。
碳酸锌
二氧化锰
机混
350 oC分解 碳酸锌
焙 烧
喷球
焙烧
脱硫 催化剂
4.3.5 离子交换法
利用离子交换作为其主要制备工序的催化剂制备方
法
利用离子交换的手段把活性组分以阳离子的形式交
换吸附到载体上
适用于低含量，高利用率的贵金属催化剂 用于活性组分高分散，均匀分布大表面的负载型金 属催化剂
分子筛上的离子交换
加热到90-100 0C尿素， 同时释放出OH-
（4）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
X,Y分子筛 合成 加晶种 晶化
分子筛合 成原料
无定型物 X，Y晶体
高结晶度 转 化
4.3.1.1 沉淀法要求
（1）沉淀时金属盐类的选择
一般选用硝酸盐（大都溶于水） 贵金属为氯化物的浓盐酸溶液 铼选用高铼酸（H2Re2O7）
第三，由于所浸渍的组分全部分布在载体表面，
用量可减小，利用率较高，这对贵稀材料尤为重
要。
第四，所负载的量可直接由制备条件计算而得。
（1）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
（2） 浸渍法分类
功能。
举例:
①V2O5是选择氧化常用催化剂
同一族Nb2O5和Ta2O5也有选择氧化性能
②丁烷选择氧化制顺酐工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMoO3-V2O5系催化剂同一
族WO3也具有同样功能
③金属加氢常用Fe、Co、Ni
Ⅷ族元素
同一族元素Re、Rh、Pd、Pt等也是优良的加氢催化剂。
注意: 同一族共同点是电子构型相同 但存在以下不同点： 原子（或离子）的半径不同、核电荷数等不同，从而影 响催化性能。
（2）沉淀时沉淀剂的选择
易分解挥发除去（氨气，氨水，铵盐，碳酸盐等） 形成的沉淀物便于过滤和洗涤（最好是晶型沉淀， 杂质少，易过滤洗涤）
沉淀剂的溶解度要大（这样被沉淀物吸附的量就少） 沉淀物的溶解度应很小 沉淀剂无污染
（3）沉淀形成影响因素
浓度
溶液浓度过饱和时，晶体析出，但太大晶核
重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性 物质含量较高的催化剂
可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附
(d)浸渍沉淀法
将浸渍溶液渗透到载体的空隙，然后加入沉 淀剂使活性组分沉淀于载体的内孔和表面
H2PtCl6盐酸溶液 先 浸 渍 再加入 NaOH 沉淀
氢氧化铂 沉淀
易还原 粒子细
吸附
载体
载体
浸渍法实例
(3)化工新产品开发研制催化剂 (a)基本有机化学品 (b)药物合成 (c)高分子材料合成 (d)生物制品及精细专用化学品合成
环境友好工艺的开发而研制催化剂-绿色催化 举例：4-甲基噻唑生产 原先工艺需要五步
现在工艺（两步）
4.1.2 选择催化剂常用方法
(1)利用元素周期表进行催化剂活性组分的选择 （a）同一族元素具有相近的化学性质，表现出近似的催化
铁矿(Fe3O4) 与KNO3，A12O3等混合，在电炉中熔
融．然后将所得的熔融物进行破碎，过筛而制得所
需粒度的Fe催化剂。这种借助高温条件将各种组分
熔合为均匀分布的混合体、氧化物固熔体或合金固
熔体的方法就又称为热熔融法。
4.3.4混合法
直接将两种或两种以上物质机械混合
设备简单，操作方便，产品化学组成稳定 （球磨机、拌粉机）
4 催化剂的选择、设计和制备
4.1 催化剂的选择分类 4.2 催化剂设计步骤 4.3 催化剂的一般制备方法
基本要求：掌握催化剂的组分筛选、熟悉催 化剂设计的一般步骤。熟悉催化剂的制备过 程；
4.1 催化剂的选择分类
•4.1.2 催化剂研发的目的
不断改进现有催化剂的性能
利用现有廉价原料合成化工产品 为化工新产品和环境友好工艺的开发
（２）比较各步骤的相对速度，决定其控制步骤
有针对性地考虑所需催化剂。对于多功能催化反
应，至少要有两种以上活性组分，缺一不可。因
为所经历的反应机理中涉及到两种以上活性中心
来加速催化反应。这样可初步确定催化剂的活性
组分。
（３）催化剂功能强度的调节
工业催化剂与实验室催化剂异同： 1. 应用基础研究催化剂是工业催化剂基础. 2. 工业催化剂不等同小试研究催化剂. 主要差别: 1. 工业催化剂要适应化学工程特点 2. 工业催化剂要适应化学工程反应条件
铂/氧化铝-----重整催化剂—将汽油中直链烃芳构化
载体（99.9%Al2O3） 成型1/6*1/6英寸
预处理：比表面250m2/g, 0.56ml/g 540oC活化、冷却、浸渍铂氯酸0.2-0.6%
120oC 干燥 590oC活化焙烧分解
负载型重整催化剂
高温活化还原
浸渍法（多次浸渍）实例
氢型分子筛的制备（H-ZSM-5）
氢氧化钠
晶 化 Na-ZSM-5 分子筛 1 M NH4NO3 NH4-ZSM-5 分子筛 焙烧 脱氨 硫酸铝
硅酸钠
交换3～5次
H-ZSM-5
分子筛上的离子交换
制备Zn/ZSM-5(用于丙烷芳构化）
Na-ZSM-5 分子筛 焙烧脱 有机胺 1 M HCL 90oC交换3次 H-ZSM-5 Zn(NO3)2 溶液交换 洗涤焙烧
Zn/ZSM-5 催化剂
4.3.6 工业用催化剂的成型
反应器中需要一定尺寸和形状的催化剂 颗粒（球型、条型、微球型、蜂窝型等)
颗粒形状影响到催化剂的活性、选择性、 强度、阻力、传热
(1)固定床用催化剂
催化剂的强度、粒度范围较大
形状不一的粒状催化剂易造成气流分布不均
颗粒尺寸过小会加大气流阻力，且成型困难
（2）利用同一周期元素性质变化选择催化剂 同一周期元素位置变化时，电子构型改变，而且晶体构造 也可能改变，所以，同一周期元素的变化比同一族元素的变化
影响要大一些。
同一类型反应可选用不同化合态的物质做催化剂
(3)利用催化功能组合构思催化剂
有许多催化反应是由一系列化学过程来完成的。因此需
要不同的催化活性中心来实现，并有可能存在协同作用。
（a)过量浸渍法
将载体浸入过量的浸渍溶液中（浸渍液体超 过可吸收体积），待吸附平衡后，沥去过剩 溶液，干燥，活化后再得催化剂成品。
(b)等体积浸渍法
将载体与正好可吸附量的浸渍溶液相混合， 浸渍溶液刚好浸渍载体颗粒而无过剩。