催化劑的制備性能評(píng)價(jià)及使用技術(shù)多相催化劑常用哪些

1、第二章催化劑的制備、性能評(píng)價(jià)及使用技術(shù)1.多相催化劑常用哪些方法來制備？為什么制備固體催化劑都需要經(jīng)過熱處理，其目的是什么？多相催化劑常用的制備方法有：（1）天然資源的加工，結(jié)構(gòu)不同，含量不同的硅鋁酸鹽采用不同的方法和條件加工后能適用于某一特定的催化反應(yīng)；（2）浸漬法，將載體置于含活性組分的溶液中浸泡，達(dá)到平衡后將剩余液體除去，再經(jīng)干燥、煨燒、活化等步驟即得催化劑。此法要求浸漬溶液中所含活性組分溶解度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、受熱后分解為穩(wěn)定的化合物；（3）滾涂法和噴涂法，滾涂法是將活性組分先放在一個(gè)可搖動(dòng)的容器中，再將載體布于其上，經(jīng)過一段時(shí)間的滾動(dòng)，活性組分逐漸粘附其上，為了提高滾涂效果，有時(shí)也添加一

2、定的粘合劑。噴涂法與滾涂法類似，但活性組分不同載體混在一起，而是用噴槍附于載體上；（4）沉淀法，在含金屬鹽類的水溶液中，加進(jìn)沉淀劑，以便生成水合氧化物、碳酸鹽的結(jié)晶或凝膠。將生成的沉淀物分離、洗滌、干燥后，即得催化劑；（5）共混合法：將活性組分與載體機(jī)械混合后，碾壓至一定程度，再經(jīng)擠條成型，最后緞燒活化；（6）瀝濾法（骨架催化劑的制備方法），將活性組分金屬和非活性金屬在高溫下做成合金，經(jīng)過粉碎，再用苛性鈉來溶解非活性金屬即得；（7）離子交換法：是在載體上金屬離子交換而負(fù)載的方法，合成沸石分子篩一般也是先做成Na型，需經(jīng)離子交換后方顯活性；（8）均相絡(luò)合催化別的固載化：將均相催化劑的活性組分移植

3、于載體上，活性組分多為過渡金屬配合物，載體包括無機(jī)載體和有機(jī)高分子載體。優(yōu)點(diǎn)是活性組分的分散性好，而且可根據(jù)需要改變金屬離子的配體。制備各固體催化劑，無論是浸漬法，沉淀法還是共混合法，有的鈍態(tài)催化劑經(jīng)過緞燒就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榛顫姂B(tài)，有的還需要進(jìn)一步活化。所以，催化劑在制備好以后，往往還要活化；除了干燥外，還都需要較高溫度的熱處理-煨燒的目的：1）通過熱分解除掉易揮發(fā)的組分而保留一定的化學(xué)組成，使催化劑具有穩(wěn)定的催化性能。2）借助固態(tài)反應(yīng)使催化劑得到一定的晶型、晶粒大小、孔隙結(jié)構(gòu)和比表面。3）提高催化劑的機(jī)械強(qiáng)度。2 .沉淀法制備催化劑的原理是什么？金屬鹽和沉淀劑的選擇原則是什么？沉淀法制備催化劑的原

4、理是沉淀反應(yīng)，金屬鹽一般首選硝酸鹽來提供無機(jī)催化劑材料所需的陽離子；金、鉗、鋁等貴金屬不溶于硝酸，但可溶于王水。沉淀劑的選擇原則是：（1）盡可能使用易分解并含易揮發(fā)成分的沉淀劑；（2）沉淀便于過濾和洗滌；（3）沉淀劑自身的溶解度要足夠大；（4）沉淀物的溶解度應(yīng)很??；（5）沉淀劑必須無毒，不造成環(huán)境污染。3 .沉淀法分為哪幾類？沉淀法分為單組份沉淀法、共沉淀法（多組分沉淀法）、均勻沉淀法、超均勻沉淀法、浸漬沉淀法、導(dǎo)晶沉淀法和絡(luò)合沉淀法。4 .在沉淀反應(yīng)中，溶液中生成沉淀的首要條件是什么？溶液中生成沉淀的首要條件之一是其濃度超過飽和濃度。5 .生成晶形沉淀和非晶形沉淀的條件是什么？晶形沉淀，沉淀

5、應(yīng)在適當(dāng)稀的溶液中進(jìn)行。開始沉淀時(shí)，沉淀劑應(yīng)在不斷攪拌下均勻而緩慢地加入，以免發(fā)生局部過濃現(xiàn)象，這樣，沉淀開始時(shí)，溶液的過飽和度不致于太大，可使晶核生成的速度降低，有利于晶體長大。非晶形沉淀，應(yīng)在含有適當(dāng)電解質(zhì)、較濃的熱溶液中進(jìn)行沉淀。由于電解質(zhì)的存在，能使膠體顆粒膠凝，又由于溶液較濃，溫度較高，離子的水合程度較小。這樣就可以獲得比較緊密凝聚的沉淀，而不致于成為膠體溶液。6 .沉淀法制備催化劑過程中，加料方式有哪幾種？沉淀法制備催化過程中，加料方式有正加法、逆加法和并加法。7 .沉淀物的后處理過程有哪些？沉淀物的后處理過程有沉淀的老化、過濾洗滌、干燥、焙燒和活化。8 .制備催化劑時(shí)，沉淀為何要

6、陳化？陳化階段的變化（或作用）：使小的晶粒進(jìn)一步長大；晶粒與晶粒之間進(jìn)一步黏結(jié)；使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。9 .制備催化劑時(shí)，干燥和焙燒的目的是什么？干燥是固體物料的脫水過程，通常在60300C下的空氣中進(jìn)行，一般對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有影響，但對(duì)物理結(jié)構(gòu)，特別是孔結(jié)構(gòu)及機(jī)械強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生影響。焙燒的目的一是通過物料的熱分解，除去化學(xué)結(jié)合水和揮發(fā)性物質(zhì)（CO2、NO?、NH3等），使之轉(zhuǎn)化成所需的化學(xué)成分和化學(xué)形態(tài)。氣體逸出后在催化劑中留下空隙，使內(nèi)表面增加；二是通過控制焙燒溫度，使基體物料向一定晶型或固溶體轉(zhuǎn)變；三是在一定氣氛和溫度條件下，通過再結(jié)晶與燒結(jié)過程，控制微晶粒的數(shù)目與晶粒大小，從而控制催化劑的孔徑和比表面等

7、，控制其初活性，還可以提高機(jī)械強(qiáng)度。10 .浸漬法制備催化劑的原理和過程是什么？當(dāng)多孔載體與溶液接觸時(shí)，由于表面張力作用而產(chǎn)生的毛細(xì)管壓力，使溶液進(jìn)入毛細(xì)管內(nèi)部，然后溶液中的活性組分再在細(xì)孔內(nèi)表面吸附。當(dāng)水分蒸發(fā)后，活性物質(zhì)就留在載體表面上，再經(jīng)干燥和焙燒，活性組分的鹽類發(fā)生分解，轉(zhuǎn)變成金屬或金屬氧化物，這樣就制得了負(fù)載型催化劑。浸漬過程為干浸漬階段、濕浸漬階段和干燥階段。11 .浸漬法分為哪幾類？浸漬法分為過量溶液浸漬法、等體積溶液浸漬法、多次浸漬法、蒸氣相浸漬法、流化噴灑浸漬法和浸漬沉淀法。12 .簡述干燥速度對(duì)活性組分在載體顆粒中分布的影響。如果干燥速度太慢，在彎液面上蒸發(fā)，彎液面后退到

8、孔的內(nèi)部，在此過程有些溶質(zhì)沉積在孔壁，但大部分溶質(zhì)濃集于孔的深部，最終鹽的結(jié)晶局限在孔的底部或顆粒的中心。當(dāng)干燥速度太快，則有一溫度梯度，在孔中深部的蒸發(fā)迫使溶液向外部移動(dòng)，大部分結(jié)晶沉積在那里。.制備Pt/'-Al2。3催化劑時(shí)，采用什么方法可使Pt更多地分散在載體的孔內(nèi)，并簡述其制備原理？采用競(jìng)爭(zhēng)吸附的方法來制備，因?yàn)槁茹Q酸吸附很快，其擴(kuò)散進(jìn)載體孔內(nèi)是速率控制步驟，通過將鹽酸加入氯鉗酸溶液中，利用鹽酸與氯鉗酸對(duì)載體吸附部位的競(jìng)爭(zhēng)性吸附，從而驅(qū)使鉗深入顆粒內(nèi)部，從而達(dá)到制備目的催化劑。13 .試分別解釋混合法、熱熔融法和離子交換法?；旌戏ㄊ侵笇追N催化劑組分混合在一起制備多組分催化劑

9、，混合的目的是促進(jìn)物料間的均勻分布，提高分散度。熱熔融法是指在高溫條件下將催化劑的各組分熔融成均勻的混合體，合金固溶體和氧化物固熔體，以制備高活性、高穩(wěn)定性和高機(jī)械強(qiáng)度的催化劑。離子交換法是指利用離子交換反應(yīng)作為主要制備工序制得催化劑的方法。此方法是將活性組分通過離子交換負(fù)載到載體上，然后經(jīng)適當(dāng)?shù)奶幚砣缦礈?、干燥、焙燒等制得催化劑?4 .請(qǐng)簡述Raney饃催化劑的制備方法其過程。答：制備采用浸取法，其制備過程為：將Ni與Al制成Ni-Al合金并磨碎，再用堿液（20%NaOH）浸出其中的Al,接著用蒸儲(chǔ)水洗去堿液，最后得到的Raney饃貯存在蒸儲(chǔ)水中備用。15 .催化劑成型的含義？成型方法有哪

10、幾種？成型是指各類粉體、顆粒、溶液或熔融原料在一定外力作用下互相聚集，制成具有一定形狀、大小和強(qiáng)度的固體顆粒的單元過程。成型方法有壓片成型、擠條成型、油中成型、噴霧干燥成型和轉(zhuǎn)動(dòng)成型。16 .如何對(duì)催化劑進(jìn)行評(píng)價(jià)？答：設(shè)計(jì)和制備催化劑以后，其性能優(yōu)劣還要進(jìn)行催化劑的評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)催化劑是指對(duì)適用于某一反應(yīng)的催化劑進(jìn)行較全面的考察。其主要考察的項(xiàng)目有（1）活性：活性組分，助劑，載體，化學(xué)結(jié)合狀態(tài)，結(jié)構(gòu)缺陷，有效表面，表面能，孔結(jié)構(gòu)等；（2）選擇性：與活性類似；（3）壽命：穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度，耐熱性，抗毒性，耐污性，再生性，物理性質(zhì)：形狀，粒徑，粒度分布.密度.導(dǎo)熱性，成型性。機(jī)械強(qiáng)度，吸水性，流動(dòng)性等

11、，制備方法：制造設(shè)備，制備條件，難易性，重現(xiàn)性，活化條件，保存條件，使用方法：反應(yīng)裝置，催化劑裝填方法，反應(yīng)操作條件，安全程度，腐蝕性，再活化條件，分離回收，格性：催化劑原料的價(jià)格，制備工序，價(jià)毒：操作過程中的毒性，廢物的毒性.一般來說，催化劑的活性、選擇性和壽命是評(píng)價(jià)催化劑最重要的指標(biāo)。17 .簡述催化劑活性評(píng)價(jià)的目的。（1）篩選催化劑，評(píng)價(jià)其優(yōu)劣；（2）制備參數(shù)的優(yōu)化；（3）確定過程參數(shù)，以確定催化劑的最佳操作區(qū)域；（4）失活研究；（5）失效催化劑的診斷；（6）催化劑產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)18 .表征催化劑可提供的信息有哪些？提供的信息有化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)、紋理結(jié)構(gòu)及機(jī)械性質(zhì)和催化活性三種最基本信息。1

12、9 .一般來說表征催化劑物理結(jié)構(gòu)時(shí)主要表征哪些參數(shù)？（1）表面積的測(cè)定：主要有氣體吸附法，射線小角度衍射法，直接測(cè)量法。（2）結(jié)構(gòu)參量測(cè)定，有催化劑的密度，催化劑的孔容，孔隙率，孔的簡化模型和孔的平均半徑等。（3）催化劑的機(jī)械強(qiáng)度（4）催化劑晶粒大小及其分布。20 .請(qǐng)說明常用的測(cè)定催化劑表面積的方法，以及實(shí)驗(yàn)室常用的方法和特點(diǎn)是什么？測(cè)定表面積的方法有：氣體吸附法、x射線小角度衍射法、直接測(cè)量法等。實(shí)驗(yàn)室常采用吸附法、BET法。用吸附法時(shí)，如果是非孔性樣品，則從所得的II型等溫線計(jì)算比表面；如果是孔性樣品，則從所得到的IV型等溫線計(jì)算比表面。一般，固體若是具有孔徑大小在中等范圍的細(xì)孔，將得到

13、IV型等溫線。21 .簡述活性表面積的測(cè)定。用BET法測(cè)定的是催化劑的總表面積。通常只有其中的一部分才有活性，這部分叫活性表面?！斑x擇化學(xué)吸附”可用來測(cè)定活性表面的面積。從氣體吸附量計(jì)算活性表面，首先要確定選擇化學(xué)吸附的計(jì)量關(guān)系，即每一個(gè)吸附分子能覆蓋幾個(gè)活性中心。對(duì)于氫的吸附來說，計(jì)量系數(shù)一般是2,因?yàn)闅浞肿釉谖綍r(shí)發(fā)生解離，而且每個(gè)氫原子占據(jù)一個(gè)金屬原子。表面氫氧滴定也是一種選擇吸附測(cè)定活性表面積的方法。先讓催化劑吸附氧，然后再吸附氫。吸附的氫與氧反應(yīng)生成水。由消耗的氫按比例推出吸附的氧的量。從氧的量算出吸附中心數(shù)，由此數(shù)乘上吸附中心的截面積，即得活性表面積。22 .催化劑的密度分為哪幾類

14、？堆密度、顆粒密度、真密度或骨架密度。23 .簡述氨-汞法測(cè)定比孔容的原理和步驟。氨氣的分子小，可以進(jìn)入顆粒之間的空隙和顆粒內(nèi)部的細(xì)孔。將裝填慢催化劑顆粒的容器抽真空，然后沖入氮?dú)?，根?jù)氣體定律和實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度、壓力可測(cè)算出氨氣所占的體積。它表不'了V隙+V孔。因?yàn)楣诔合鹿荒艹錆M顆粒之間的空隙和進(jìn)入顆?？装霃酱笥?X104nm的孔。實(shí)際測(cè)定時(shí)，取一定堆體積的催化劑扣除催化劑顆粒之間的空隙的體積，即得顆粒密度。24 .測(cè)定顆粒大小和分布的方法有哪些？篩分法、淘析法、沉降法、顯微鏡法和其他方法。25 .催化劑微觀結(jié)構(gòu)的表征方法有哪些？催化劑微觀結(jié)構(gòu)表征的方法有很多，例如電子顯微分析、熱

15、分析技術(shù)、X射線衍射分析方法、電子能譜分析、程序升溫分析技術(shù)、紅外光譜方法、漫反射紫外-可見光譜方法、拉曼光譜方法、核磁共振及幾種方法的聯(lián)用等。26 .工業(yè)固體催化劑在使用前和使用中會(huì)受到的機(jī)械應(yīng)力，它們大致有哪幾種？（1）運(yùn)輸過程中的磨損，催化劑顆粒與容器壁接觸磨擦所致。（2）催化劑裝入反應(yīng)器時(shí)的碰撞沖擊，工業(yè)上往下傾倒催化劑可能使它破碎。（3）由于在活化和再生過程中發(fā)生相變而致的催化劑內(nèi)應(yīng)力。（4）由于流體流動(dòng)，壓力降，催化劑床重量和溫度的循環(huán)變化而致的外應(yīng)力。（5）移動(dòng)床或流化床中，顆粒和顆粒之間，顆粒和反應(yīng)器壁或內(nèi)構(gòu)件間的碰撞和摩擦。27 .什么是催化劑活化？在一定壓力和溫度下，用一定組成的氣體對(duì)催化劑進(jìn)行處理，使其中以某種氧化物、氫氧化物、鹽的形態(tài)存在的活性組分得到還原或發(fā)生相變，而獲得催化反應(yīng)所必需的活性組分和相組成的過程稱為催化劑活化。28 .催化劑失活的原因有哪些？結(jié)焦、金屬污染、催化劑中毒、催化劑燒結(jié)，除此之外，還有催化劑顆粒破碎會(huì)導(dǎo)致催化劑失活；使用過程中形成污垢；助催化劑有效組分流失和揮發(fā)。29 .簡述金屬污染的危害有機(jī)金屬化合物吸附于催化劑表