催化剂的制备方法精品PPT课件
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催化剂课件
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• ② 反应物是液体，催化剂是固体的反应称为液-固多相催 化反应。 例如，在 Ziegler-Natta催化剂作用下的烯烃聚合反应 （Ti,Cr→高密度聚乙烯；Ti→聚丙烯；Ti,Co,Ni→聚丁二 烯橡胶） ，油脂的加氢反应等。
（3） 酶催化反应 （enzyme catalysis reaction）: 酶催化反应兼有均相与多相的特点。酶本身呈胶 体均匀分散在水溶液中（均相） ，但反应却从反 应物在其表面上积聚开始（多相） ，因此同时具 有均相和多相的性质。
（2）共催化剂（cocatalyst）:又叫协同催化剂。有 的催化剂，其活性组份不止一个，而且能和主催化 剂同时起催化作用，这种催化剂叫做共催化剂。 （3）助催化剂（promoter）:这是催化剂中具有提高 主催化剂的活性、选择性，改善催化剂的耐热性、 抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。
• 助催化剂通常可区分为： （a）结构助催化剂：能使催化活性物质粒度变小、表面积增 大，防止催化活性降低等。 （b）电子助催化剂：由于合金化使空 d轨道发生变化，通过 改变主催化剂的电子结构提高活性和选择性。 （c）晶格缺陷助催化剂：使活性物质晶面的原子排列无序化， 通过增大晶格缺陷浓度提高活性。
0 1985 1990 1995 1996 2000 2003 2009
不同时期全球催化剂 销售额
催化反应
• 一.催化反应的分类 • 1．根据体系中催化剂和反应物的相分类
（1）均相催化反应：当催化剂和反应物形成均一的相时， 反应成为均相催化反应（homogeneous catalysis reaction）。 例如： • 气相均相催化反应中由 I2（gas） ，NO(gas)等气体分子催 化的一些热分解反应。 • 液相均相催化反应 中由酸、碱催化的加水分解反应 。
催化剂制备方法
关于浸渍时间的几种情况：
1）活性组分在孔壁的吸附速率快于扩散速率，导致活 性组分吸附在孔口（时间或活性组分浓度不够）；
2）浸渍后过滤，静臵，吸附的活性成分重新解吸，通
过再分配实现均匀分布（不立刻干燥）； 3）浸渍后不过滤，载体外活性成分不断扩散至孔道内， 实现均匀分布（增加浸渍时间）。
3）浸渍前载体的状态 载体状态不同使组分在载体内部 的分布不均匀，且当浸渍液浓度愈 大，不均匀性愈显著。在同样浓度 的浸渍液条件下，干燥载体内浸渍 组分的分布比湿载体时均匀。
匀 pH稳定 多组分同时 沉淀 沉淀均 匀
（5）pH值 沉淀法中常用碱性物质作沉淀剂，沉 淀物的生成在相当大的程度上受溶液的 pH值得影响
沉淀方法的分离 1）单组分沉淀法 单组份沉淀法是通过沉淀剂与一种特 殊组分溶液作用以制备单一组分沉淀物 的方法。 例：氧化铝的制备 碱法：Al3+ + OH- Al2O3· nH2O 酸法：AlO2- + H3O+ Al2O3· nH2O
浸渍法的影响因素： 1）盐浓度盐、铵盐、有 机酸盐（乙酸盐、乳酸盐）
浸渍液浓度：
催化剂中活性组分含量（以氧化物计）
a
VpC 1 VpC
100%
浸渍液浓度（以氧化物计），g/ml
载体比孔容，ml/g
2）浸渍时间： t=2η/δx x2/r 渗透时间与粘度系数、表面张力、孔径 和粒度有关 在氧化铝上浸渍含Ni化合物
2.分子筛的制备 制备分子筛主要通过混合液成胶、晶化、洗 涤、成型及活化等步骤。以下介绍影响分子筛 制备的几个因素。 （1）硅铝比。不同型号的分子筛有其固定的硅铝 比，如A型为2.0左右。 （2）基数。基数是指反应物料中氧化铝的摩尔浓 度。A型为0.2-0.3mol/L. （3）碱度。指晶化过程中，反应液中所含碱的浓 度，一般以Na2O的摩尔度表示。 （4）晶化温度和晶化时间。一般规律是，高温晶 化需时短，低温晶化需时长。 （5）成胶温度。一般情况下，温度越高越易成胶。
工业催化--第八章 工业催化剂制备原理
多数非晶形沉淀，在沉淀形成后不采取老化 操作。
– 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。
– 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。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
Increasing impregnation time Pt/Al2O3
Al2O3
Impregnation of -Alumina with Pt (from H2PtCl6)
浸渍影响因素
浸渍液浓度
Impregnation of -Alumina with Ni (from Ni(NO3)2)，浸渍时间 0.5 h
浸渍法（多次浸渍）实例
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%
负载型镍催化剂
干燥、活化焙烧分解
2.3 混合法
干燥
干燥过程中，未吸附的溶液会向空气中挥发，内表面上的活性组分也可能 会向外表面迁移，降低部分内表面活性物质的浓度，造成活性物质分布不 均，甚至部分载体未被覆盖。
on
+
diffusion
diffusion
浸渍后ad的sor热ptio处n 理
干燥过程中活性组分的迁移
evaporation
焙烧与活化
Static drying Drying at low flowrate Freeze drying
Active Phase Distributions
Uniform
Egg-shell
Egg-white
Egg-Yolk
a
b
c
d
Active phase/Support
Support
Influence of Coadsorbing Ions － 竞争吸附法
催化剂PPT授课课件
(2)测量小车从A点出发到达B点所花费的时间，如果 过了B点才停止计时，所测AB段 的平均速度vAB会偏__小__。
基础巩固练
【点拨】由题图可知，小球从 D 点运动到 F 点的路程 s＝ 12.50 cm－4.50 cm＝8.00 cm＝0.08 m，时间 t＝2×0.2 s＝ 0.4 s，速度 v＝st＝00.0.48 sm＝0.2 m/s。
使带火星木条复 化氢的分解速率
燃的气体
Ⅱ.向B试管中
红砖粉末的___质__量___
重新加入5%的 ①又产生大量能 和_化__学__性__质___ 在反应
过氧化氢溶液，使带火星木条复 前后均没有发生变化，
反应停止后过 燃的气体
能作过氧化氢分解的
滤、洗涤、干 ②滤渣质量为a g 催化剂
燥、称量滤渣
HK版 八年级上
【答案】8.00；0.2
能力提升练
10．[中考·江苏泰州]如图是“研究气泡的运动规律”实验 装置。
(1)实验时所用的测量工具是刻度尺和___秒__表___。 (2)要正确判断气泡是否做匀速直线运动，需要对气泡
运动时的相关物理量进行测量，为便于测量，就使 气泡在管内运动得较___慢_____(填“快”或“慢”)，气泡 的运动如果是匀速直线运动，收集到的数据特点是运动的 路程和时间成____正____比。
2. 太空舱利用NiFe2O4将航天员呼出的CO2转化为O2，
而NiFe2O4的质量和化学性质在反应前后都不变。则
NiFe2O4在该过程中是( D )
A. 反应物
B. 生成物
C. 消毒剂
D. 催化剂
3. 【2020•东莞】实验室用过氧化氢制氧气的实验中， 应加入少量二氧化锰。下列说法中正确的是( D ) A. 只有二氧化锰能作过氧化氢分解的催化剂 B. 二氧化锰只能作过氧化氢分解的催化剂 C. 加入二氧化锰可以增加过氧化氢分解产生氧气 的质量 D. 二氧化锰能加快过氧化氢分解
基础巩固练
【点拨】由题图可知，小球从 D 点运动到 F 点的路程 s＝ 12.50 cm－4.50 cm＝8.00 cm＝0.08 m，时间 t＝2×0.2 s＝ 0.4 s，速度 v＝st＝00.0.48 sm＝0.2 m/s。
使带火星木条复 化氢的分解速率
燃的气体
Ⅱ.向B试管中
红砖粉末的___质__量___
重新加入5%的 ①又产生大量能 和_化__学__性__质___ 在反应
过氧化氢溶液，使带火星木条复 前后均没有发生变化，
反应停止后过 燃的气体
能作过氧化氢分解的
滤、洗涤、干 ②滤渣质量为a g 催化剂
燥、称量滤渣
HK版 八年级上
【答案】8.00；0.2
能力提升练
10．[中考·江苏泰州]如图是“研究气泡的运动规律”实验 装置。
(1)实验时所用的测量工具是刻度尺和___秒__表___。 (2)要正确判断气泡是否做匀速直线运动，需要对气泡
运动时的相关物理量进行测量，为便于测量，就使 气泡在管内运动得较___慢_____(填“快”或“慢”)，气泡 的运动如果是匀速直线运动，收集到的数据特点是运动的 路程和时间成____正____比。
2. 太空舱利用NiFe2O4将航天员呼出的CO2转化为O2，
而NiFe2O4的质量和化学性质在反应前后都不变。则
NiFe2O4在该过程中是( D )
A. 反应物
B. 生成物
C. 消毒剂
D. 催化剂
3. 【2020•东莞】实验室用过氧化氢制氧气的实验中， 应加入少量二氧化锰。下列说法中正确的是( D ) A. 只有二氧化锰能作过氧化氢分解的催化剂 B. 二氧化锰只能作过氧化氢分解的催化剂 C. 加入二氧化锰可以增加过氧化氢分解产生氧气 的质量 D. 二氧化锰能加快过氧化氢分解
石油化工催化剂及应用ppt课件
第一章 催化剂与催化作用础知识
对工业催化剂的要求
• 工业催化剂是指具有工业生产实际意义，可以用于大 规模生产过程的催化剂。
• 一种好的工业催化剂应具有适宜的活性、高选择性和 长寿命。
• 工业催化剂的活性、选择性和寿命除决定于催化剂的 组成结构外，与操作条件也有很大关系。这些条件包 括原料的纯度、生产负荷、操作温度和压力等。
第一章 催化剂与催化作用基础知识
• 密度：催化剂的密度是指单位体积内含有的催化 剂的质量（或重量），常以符号ρ表示，单位是 g/mL。
密度常分为堆积密度、颗粒密度以及真密度。
堆
V隙
M V孔
V骨
颗
M V孔 V骨
真
M V骨
第一章 催化剂与催化作用基础知识
比孔容：单位重量催化剂颗粒内部的真正孔体积的 总叫和比孔容。常以符合Vg表示，单位是mL/g。
3
转化率表示法
CA%=反应物A转化 掉的量/流经催化 床层进料中反应 物A的总量×100%
要求反应温度、 压力及原料气组成相同
只要求反应温度相同 ， 不要求反应物浓度和催化剂 用量相同
要求反应条件(温度、压力、 接触时间、原料气浓度) 相同
第一章 催化剂与催化作用基础知识
催化活性在理论研究中经常采用： • 转换频率：指单位时间内每个催化活性中心上发
带出旋风分离器；若颗粒过于粗，则流化性不好，并有可 能扩散控制。
第一章 催化剂与催化作用基础知识
（六）机械性质
• 催化剂的机械性质（例如磨损率、压碎强度）和 热性质（例如热导率、抗热冲击性能）是其工程 性能的一个重要方面，催化剂在使用前要经过运 输过程和装料过程。
• 有的催化剂在使用过程中要经受非常高的温度和 剧烈的温度变化，有的在高温和一定的气氛下再 生，这些都要求催化剂具备相应的机械性质和热 性质。
催化剂制备之浸渍法
催化剂的制备方法——第浸13页，渍本讲法稿共38页
4.2 载体性质的影响
载体的一般要求： ❖ 机械强度高； ❖ 合适的颗粒形状与尺寸、适宜的表面积、孔结构等；
❖ 耐热性好； ❖ 导热性能良好（针对强放/吸热反应）； ❖ 足够的吸水性； ❖ 载体为惰性，与浸渍液不发生化学反应； ❖ 不含催化剂毒物和导致副反应发生的物质；
❖ pH值为某一特定值下，粒子带正负电荷相等，即不带电，或称带零点电 荷(ZPC)，此状态称为等电点状态；
College of Chemical Engineering and Materials Science
催化剂的制备方法——第浸17页渍，本法讲稿共38页
❖ 氧化物的等电点可预测它对某种离子的吸附能力并大致估计浸渍液的pH 值范围。
适用于反应受外扩 散控制
适用于反应介质中有毒物，且 载体又能吸附该毒物
College of Chemical Engineering and Materials Science
催化剂的制备方法——浸第渍7页法，本讲稿共38页
选择合适的载体
控制活性组分 分布的办法
选择合适的溶质和溶剂 添加竞争吸附剂
一、浸渍法概述
载体（如Al2O3）的沉淀 载体的成型
—— 广泛用于制备负载型催化剂
（尤其负载型金属催化剂）
载体的预处理
用活性组份溶液浸渍
干燥 焙烧分解
负载型金属催化剂
活化（还原）
College of Chemical Engineering and Materials Science
催化剂的制备方法——第浸3页渍，本法讲稿共38页
催化剂的制备方法——浸第9渍页，法本讲稿共38页
4.1 浸渍液性质的影响
催化剂常用制备方法
区分B酸中心还是L酸中心。 研究NH3和吡啶等碱性物质在固体表面上
吸附的红外光谱可以作出这种区分。
固体酸中心类型
NH3在固体表面上吸附的红外光谱
NH3吸附在L酸中心时，是用氮的孤对电子配位 到L酸中心上，其红外光谱类似于金属离子同 NH3的配位络合物，吸附峰在3300 cm-1及1640
cm-1 （ H-N-H变形振动谱带）处；
第三章 催化剂常用制备方 法
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-5 §3-6 §3-7
催化材料分类 溶胶－凝胶法 复合组分催化剂的制备方法 负载型催化剂的制备方法 其他方法 催化剂的成型 催化剂的工业制造
§3-1 催化材料分类
一.金属、合金 二.金属氧化物 三.酸式催化剂 四.金属盐类 五.碱式催化剂 六、金属硫化物 七、纳米催化剂
用于吸附的气态碱有NH3、吡啶、正丁胺等，比 较更好的是三乙胺。
酸中心的酸强度及其测定
程序升温脱附法(TPD法)
气态碱吸附法已发展为程序升温脱附法(TPD 法)。TPD法是将预先吸附了某种碱的固体酸 在等速升温并通入稳定流速载气条件下，表 面吸附的碱到了一定的温度范围便脱附出来， 在吸附柱后用色谱检测器记录描绘碱脱附速 度随温度的变化，即得TPD曲线。这种曲线的 形状、大小及出现最高峰时的温度Tm值，均 与固体酸的表面性质有关。
表面富集的是合金中升华热低(表面自由能低)的 组分。
例如：Ni-Cu，Cu在表面富集。
二.金属氧化物
功能：烃类的选择性氧化、脱氢、脱硫、脱水。
烃类的选择性氧化是由烃类制取带有－OH、 － CHO、 － C=O、 － COOH、 － CN、环氧化合物等基团的有机化 合物的重要手段。
作为烃类选择氧化催化剂，多为元素周期表中第Ⅳ， Ⅴ和Ⅵ周期的那些具有未充满d电子层的过渡元素。较 好的是Ⅴ和Ⅵ族金属的氧化物，特别是由它们组成的 复合氧化物。另外，还有原态不是氧化物，而是金属， 但其表面吸附氧形成氧化层，如Ag对乙烯的氧化，对 甲醇的氧化，Pt对氨的氧化等也属于该类。
吸附的红外光谱可以作出这种区分。
固体酸中心类型
NH3在固体表面上吸附的红外光谱
NH3吸附在L酸中心时，是用氮的孤对电子配位 到L酸中心上，其红外光谱类似于金属离子同 NH3的配位络合物，吸附峰在3300 cm-1及1640
cm-1 （ H-N-H变形振动谱带）处；
第三章 催化剂常用制备方 法
§3-1 §3-2 §3-3 §3-4 §3-5 §3-6 §3-7
催化材料分类 溶胶－凝胶法 复合组分催化剂的制备方法 负载型催化剂的制备方法 其他方法 催化剂的成型 催化剂的工业制造
§3-1 催化材料分类
一.金属、合金 二.金属氧化物 三.酸式催化剂 四.金属盐类 五.碱式催化剂 六、金属硫化物 七、纳米催化剂
用于吸附的气态碱有NH3、吡啶、正丁胺等，比 较更好的是三乙胺。
酸中心的酸强度及其测定
程序升温脱附法(TPD法)
气态碱吸附法已发展为程序升温脱附法(TPD 法)。TPD法是将预先吸附了某种碱的固体酸 在等速升温并通入稳定流速载气条件下，表 面吸附的碱到了一定的温度范围便脱附出来， 在吸附柱后用色谱检测器记录描绘碱脱附速 度随温度的变化，即得TPD曲线。这种曲线的 形状、大小及出现最高峰时的温度Tm值，均 与固体酸的表面性质有关。
表面富集的是合金中升华热低(表面自由能低)的 组分。
例如：Ni-Cu，Cu在表面富集。
二.金属氧化物
功能：烃类的选择性氧化、脱氢、脱硫、脱水。
烃类的选择性氧化是由烃类制取带有－OH、 － CHO、 － C=O、 － COOH、 － CN、环氧化合物等基团的有机化 合物的重要手段。
作为烃类选择氧化催化剂，多为元素周期表中第Ⅳ， Ⅴ和Ⅵ周期的那些具有未充满d电子层的过渡元素。较 好的是Ⅴ和Ⅵ族金属的氧化物，特别是由它们组成的 复合氧化物。另外，还有原态不是氧化物，而是金属， 但其表面吸附氧形成氧化层，如Ag对乙烯的氧化，对 甲醇的氧化，Pt对氨的氧化等也属于该类。