催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课件 (一)
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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
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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
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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）。
催化剂的制备化学PPT课件
5.4.2 利用表面孔洞——瓶中造船
第17页/共21页
5.4.3浸渍：界面-表面化学 常用作为载体的氧化物的结构
表面结构 表面功能团 氧化/还原性
SiO2
孔洞
OH-
差
-Al2O3
（111）
OH-
差
（110）
MgO
（100）
OH-
差
TiO2
（110）
60% OH-
强
（100）
（101）
Cr2O3
（001）
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感谢您的观看！
第21页/共21页
的一半以下； C. 氧化物表面不导电； D. 氧化物表面有大量“空穴”（Mn+或O2-） E. 氧化物的比表面可以通过制备有所变化； F. 氧化物价廉易得；
第10页/共21页
金属与氧化物的区别
金属
M-M
强M-M作用
表面粒子
单一原子
表面功能团
无
表面反应
吸附、解离
结构
密堆
物性
导电
金属性
V. E. Henrich, Rep. Prog. Phys. 48 (1985) 1481 M. A. Barteau, Chem. Rev. 96 (1996) 1第41131页/共21页
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结语
就表面化学键类型讲，M-O键是共价键还是离子键决定了氧化物表面的完全 不 同 的 性 质 ； 就 表 面 官 能 团 性 质 讲 ， O H- 或 O 2- 覆 盖 表 面 有 显 然 区 别 ； 就 表 面几何结构讲，孔洞结构有其几何上的特殊性。例如：SiO2-MgO；Al2O3ZrO2；分子筛。
Fe(NO3)3 +
《催化剂工程》课件
选择性高：能够选择性地催化特定反应，提高产品纯度
耐高温、高压：能够在高温、高压环境下稳定工作
活性高：能够快速反应，提高生产效率
稳定性好：在反应过程中不易分解或失效
确定目标反应：明确需要催化的反应类型和反应条件
筛选催化剂：选择合适的催化剂材料和结构
优化催化剂性能：通过实验和计算优化催化剂的活性、选择性和稳定性
能源领域：用于燃料电池、太阳能电池等过程
环境保护：用于废气、废水处理等过程
化学工业：用于合成氨、合成树脂等过程
均相催化剂：如Fenton催化剂，用于废水处理
复合催化剂：如Fenton-光催化剂，用于废水和空气净化
性质：具有较高的活性和选择性，稳定性好，易于回收和再生。
非均相催化剂：如光催化剂，用于空气净化
均相催化：催化剂与反应物质处于相同的浓度
非均相催化：催化剂与反应物质处于不同的浓度
光催化剂：在光照条件下，催化剂与反应物质发生反应
复合催化剂：由两种或两种以上催化剂组成的复合催化剂
生物催化剂：利用生物酶等生物物质作为催化剂
液体催化剂的性质：流动性好，易于运输和储存，反应速度快，效率高。
酶：生物催化剂的一种，具有高效性和特异性
单击添加标题
单击添加标题
单击添加标题
设计原则：高效、稳定、环保
设计方法：理论计算、实验验证、优化调整
设计步骤：确定反应条件、选择催化剂、优化反应参数
开发流程：实验室研究、中试放大、工业化生产
应用领域：石油化工、精细化工、环保等领域
经济性：成本低，易于生产、运输和使用
环保性：无毒、无污染，符合环保要求
工业应用：将优化后的催化剂应用于实际生产中，并进行性能评估和优化
添加标题
耐高温、高压：能够在高温、高压环境下稳定工作
活性高：能够快速反应，提高生产效率
稳定性好：在反应过程中不易分解或失效
确定目标反应：明确需要催化的反应类型和反应条件
筛选催化剂：选择合适的催化剂材料和结构
优化催化剂性能：通过实验和计算优化催化剂的活性、选择性和稳定性
能源领域：用于燃料电池、太阳能电池等过程
环境保护：用于废气、废水处理等过程
化学工业：用于合成氨、合成树脂等过程
均相催化剂：如Fenton催化剂，用于废水处理
复合催化剂：如Fenton-光催化剂，用于废水和空气净化
性质：具有较高的活性和选择性，稳定性好，易于回收和再生。
非均相催化剂：如光催化剂，用于空气净化
均相催化：催化剂与反应物质处于相同的浓度
非均相催化：催化剂与反应物质处于不同的浓度
光催化剂：在光照条件下，催化剂与反应物质发生反应
复合催化剂：由两种或两种以上催化剂组成的复合催化剂
生物催化剂：利用生物酶等生物物质作为催化剂
液体催化剂的性质：流动性好，易于运输和储存，反应速度快，效率高。
酶：生物催化剂的一种，具有高效性和特异性
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设计原则：高效、稳定、环保
设计方法：理论计算、实验验证、优化调整
设计步骤：确定反应条件、选择催化剂、优化反应参数
开发流程：实验室研究、中试放大、工业化生产
应用领域：石油化工、精细化工、环保等领域
经济性：成本低，易于生产、运输和使用
环保性：无毒、无污染，符合环保要求
工业应用：将优化后的催化剂应用于实际生产中，并进行性能评估和优化
添加标题
催化工程--催化剂概述 ppt课件
的反应速率。
ri
1
dni dt
ppt课件
3
• Ω，表示反应空间，对于均相催化反应表示反应体 系的体积V;在使用固体催化剂的气固多相催化反应 的情况下，可以是固体催化剂的体积V、表面积S或 催化剂的质量w.因而它可以表示单位体积上、单位 面积上或单位质量的催化剂上的反应速率.
很显然，催化反应的速率愈高，催化剂的催化活性
指催化剂使用至失活时每个活性中心所转化反应的次数， 它与TOF的关系是：
TON=TOF(时间-1）*催化剂寿命（时间） 工业生产中TON一般是106-107
ppt课件
6
• 优点：在相同的实验条件下，可以允许对 不同的研究者的实验数据进行对比，复查 和校核。
缺点：活性中心的数量不容易测定。 目前还仅限于理论方面的应用。
ppt课件
17
• (1)耐热稳定性 能在高温苛刻的反应条件下， 长时间具有一定水平的活性。
极限使用温度 ：大多数催化剂都有极限使用
温度，超过一定的温度范围，活性就会降低甚 至完全丧失。
温度的影响：活性组分的挥发、流失，烧结 微晶粒的长大。
• Hutting温度：晶体开始发生晶格表面质点的迁移
Th=0.3Tm Tm为晶体的熔点 Tamman温度：晶体开始发生晶格体相迁移。
ppt课件
23
• 2 助催化剂（co-catalyst)
单独使用时没有活性或活性很小，但和主催化剂
组合使用时，却能显著提高催化剂的活性、选择 性、耐热性、抗毒性和寿命等的组分；在催化剂
中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催 化剂性能的目的。根据其主要作用可分为两类。
（1）结构助催化剂 能起结构稳定作用的助催化
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• Ω，表示反应空间，对于均相催化反应表示反应体 系的体积V;在使用固体催化剂的气固多相催化反应 的情况下，可以是固体催化剂的体积V、表面积S或 催化剂的质量w.因而它可以表示单位体积上、单位 面积上或单位质量的催化剂上的反应速率.
很显然，催化反应的速率愈高，催化剂的催化活性
指催化剂使用至失活时每个活性中心所转化反应的次数， 它与TOF的关系是：
TON=TOF(时间-1）*催化剂寿命（时间） 工业生产中TON一般是106-107
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• 优点：在相同的实验条件下，可以允许对 不同的研究者的实验数据进行对比，复查 和校核。
缺点：活性中心的数量不容易测定。 目前还仅限于理论方面的应用。
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• (1)耐热稳定性 能在高温苛刻的反应条件下， 长时间具有一定水平的活性。
极限使用温度 ：大多数催化剂都有极限使用
温度，超过一定的温度范围，活性就会降低甚 至完全丧失。
温度的影响：活性组分的挥发、流失，烧结 微晶粒的长大。
• Hutting温度：晶体开始发生晶格表面质点的迁移
Th=0.3Tm Tm为晶体的熔点 Tamman温度：晶体开始发生晶格体相迁移。
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• 2 助催化剂（co-catalyst)
单独使用时没有活性或活性很小，但和主催化剂
组合使用时，却能显著提高催化剂的活性、选择 性、耐热性、抗毒性和寿命等的组分；在催化剂
中只要添加少量助催化剂，即可明显达到改进催 化剂性能的目的。根据其主要作用可分为两类。
（1）结构助催化剂 能起结构稳定作用的助催化
工业催化PPT教学课件
总成绩=期末考试成绩（50%）+平时成绩（20%）+论文（30%）
论文是一篇关于“催化在各自领域中的研究与应用现状”的综述性文章。
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3
参考书目
（1）工业催化基础 —赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年 （2）应用催化基础 —吴越著 化学工业出版社 2008年 （3）Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition---Charles N. Satterfield, McGraw-Hill, Inc.(实用多相催化） （4）Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-----G.C. Bond, Oxford Science publications
经过一段时间的沉寂，化学 工业从“重视产量”转向 “重视功能化”发展，将过去
大宗化学品生产过程中累积的技术与经验转 向应用和高性能的精细化工方向发展，很快 使化学工业出现了转机。
此阶段催化技术配合化学工 业出现了“择形催化”、 “手性催化”、环境友好的 “固体酸催化”等，以及用 于具有监控能力的“传感器 催化技术”、防治汽车污染 的“三效催化技术”等。
H2、 甲醇、. 二甲醚、 FT合成
硫制
聚烯烃 芳烃
1973年 金属有机 催化
12
化学工业的发展与催化剂的应用是密不可分的。
20世纪 30年代以前
20世纪 30~80年代
20世纪 80~90年代至今
属于当时尖端科技的 化学工业主要是天然 物质的直接利用
能量
代谢
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自然界催化现象普遍存在（3）
植物的光合作用
工业催化_工业催化剂
老化
❖ 沉淀反应终了后，沉淀物与溶液在一定条件下接触 一段时间，在这时间内发生的一切不可逆变化称为 沉淀物的老化。
❖ 由于细小晶体溶解度比粗晶体溶解度大，溶液对大 晶体己达饱和状态，而对细晶体尚未达饱和，于是 细晶体逐渐溶解，并沉积在粗晶体上，如此反复溶 解、反复沉积的结果，基本上消除了细晶体，获得 了颗粒大小较为均匀的粗晶体。此时空隙结构和表 面积也发生了相应的变化，而且，由于粗晶体表面 积较小，吸附质少，吸留在细晶体之中的杂质也随 溶解过程转入溶液。
❖ 借助固态反应、互溶和再结晶获得一定的晶 型、微晶粒度、孔径和比表面；
❖ 使微晶适当烧结，以提高催化剂的机械强度， 还可以通过造孔作用使催化剂获得较大的孔 隙率。
焙烧时发生的变化
❖ 失去化学键合的水或二氧化碳； ❖ 改变孔径分布； ❖ 形成活性相； ❖ 调整固体表面，使达到所要求的状态； ❖ 稳定机械性质。
晶核生成与晶核长大的关系
❖ 晶核生成速率和晶核长大速率的相对大小，直接影响 到生成的沉淀物的类型。
❖ 如果晶核生成的速率大大越过晶核长大的速率，则离 子很快聚集为大量的晶核，溶液过饱和度迅速下降， 溶液中没有更多的离子聚集到晶核上，于是晶核迅速 聚集成细小的无定形颗拉(窄分布的小颗粒体系)，这 样就会得到非晶形沉淀，甚至是胶体；反之，如果晶 核长大的速率大大超过晶核生成的速率，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形沉淀；如两者速率 相当，则会产生宽分布的颗粒体系。
5.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，即待盐溶液浸渍操作完成 后再加沉淀剂，使待沉淀组分沉积在载体上
6.导晶沉淀法
❖ 是借助晶化导向剂(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 丝光沸石、X型与Y型合成分子筛
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催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课
件 (一)
催化剂工程导论是近年来比较热门的工程学科，它涉及到制备催化剂的多个方面。
其中，工业催化剂常规制备方法是催化剂工程导论的基础内容，下面，我们将针对该课程的主要内容进行分析。
一、催化剂工业制备方法的概述
在这一部分中，讲授催化剂工业制备方法的概念和催化剂生产的基础原理。
我们将学习到在制备催化剂过程中，如何选择合适的原材料、制备催化剂的各种步骤，以及最终形成催化剂的特征。
二、催化剂工业制备方法的分类
在这一部分中，我们将学习到催化剂工业制备方法的分类，这是许多学习者非常关注的内容。
根据工业催化剂的不同特点，我们可以将催化剂工业制备方法分为很多种类。
三、催化剂的物理化学特性分析
在制备催化剂的过程中，催化剂物理化学特性的分析是非常重要的。
这种分析主要是通过表面化学分析、物质分析和形貌分析这三个领域进行的。
在这一部分，我们将详细学习催化剂的各种物理化学特性，并将探究它们如何影响催化剂的性质及其性能。
四、催化剂在工业中的应用
在最后一部分，我们将学习到催化剂在工业生产中的应用。
将分享一些真实的用催化剂制备某种产品的工业故事，并通过了解这些故事，让学习者了解催化剂制备的实用性。
综上所述，催化剂工程导论工业催化剂常规制备方法课程是非常重要的。
学习这门课程将使学习者了解各种催化剂制备方法，包括更现代和先进的方法，因此，它也是催化剂工程导论课程的基础。
学习者将获得催化剂工业制备方法的知识，了解各种催化剂的特性，并掌握如何在工业中应用催化剂及其性能。