助催化剂载体结构

1、2 助催化剂助催化剂 催化剂的组成催化剂的组成 ： 主催化剂主催化剂 共催化剂共催化剂 助催化剂助催化剂 载体载体主要组分主要组分次要组分次要组分助催化剂助催化剂 助催化剂助催化剂是指那种并非催化剂的关键成是指那种并非催化剂的关键成分，但能改进主要组分的某些性能（如：活分，但能改进主要组分的某些性能（如：活性、选择性、寿命或物理性能）的组分。性、选择性、寿命或物理性能）的组分。 有时载体也有助催化剂的作用。有时载体也有助催化剂的作用。一、作用机理一、作用机理 主要通过改变催化剂的化学组成、晶体主要通过改变催化剂的化学组成、晶体与表面结构、离子价态及分布、酸碱性等来与表面结构、离子价态及分布、酸

2、碱性等来改善催化剂的性能。改善催化剂的性能。 通常助催化剂在催化剂中存在着最适宜通常助催化剂在催化剂中存在着最适宜的含量，过多或过少效果均不佳。的含量，过多或过少效果均不佳。二、助催化剂的种类助催化剂的种类 根据其改善催化剂性能的作用机理来分：根据其改善催化剂性能的作用机理来分： 结构性助催化剂结构性助催化剂 调变性助催化剂调变性助催化剂 能加速催化剂预处理的助催化剂能加速催化剂预处理的助催化剂（一）结构性助催化剂（一）结构性助催化剂 在温度升高时能防止或减慢催化剂微晶体长大在温度升高时能防止或减慢催化剂微晶体长大而造成表面积减小，防止催化剂因烧结而降低活而造成表面积减小，防止催化剂因烧结而降

3、低活性，增加其结构稳定性、热稳定性、使用寿命和性，增加其结构稳定性、热稳定性、使用寿命和抗毒性的助催化剂。抗毒性的助催化剂。 只改变主催化剂的物理性质，不改变反应物与只改变主催化剂的物理性质，不改变反应物与催化剂作用的本质，不改变反应的活化能。催化剂作用的本质，不改变反应的活化能。 e.g. 合成氨的活性组分合成氨的活性组分-Fe-Fe微晶中加入微晶中加入AlAl2 2O O3 3 抗毒性助催化剂抗毒性助催化剂（二）调变性助催化剂二）调变性助催化剂 可改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶可改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶形结构，从而提高催化剂的活性和选择性的助催化剂。形

4、结构，从而提高催化剂的活性和选择性的助催化剂。 这类催化剂能使反应活化能降低。这类催化剂能使反应活化能降低。 进一步分类：进一步分类：1 1、电子助催化剂、电子助催化剂 2 2、晶格缺陷助催化剂、晶格缺陷助催化剂 3 3、增界助催化剂、增界助催化剂 4 4、选择性助催化剂、选择性助催化剂 5 5、扩散助催化剂、扩散助催化剂 6 6、相变助催化剂、相变助催化剂 7 7、双重作用催化剂、双重作用催化剂（三）能加速催化剂预处理的助催化剂（三）能加速催化剂预处理的助催化剂 这类助催化剂能降低催化剂预处理这类助催化剂能降低催化剂预处理温度或提高金属催化剂的还原速度。温度或提高金属催化剂的还原速度。 e.

5、g. e.g. 铜加入到沉淀钴或铁催化剂中，可提铜加入到沉淀钴或铁催化剂中，可提高铁或钴还原速度。高铁或钴还原速度。三、助催化剂对催化剂性能的影响三、助催化剂对催化剂性能的影响（一）对催化活性的影响（一）对催化活性的影响 1、提高催化能力，降低总反应活化能。、提高催化能力，降低总反应活化能。 （调变性助催化剂调变性助催化剂属此类）属此类） 2、不改变活化能，但使催化剂固有活、不改变活化能，但使催化剂固有活 性持久、稳定或增加抗毒力。性持久、稳定或增加抗毒力。 （结构性助催化剂结构性助催化剂属此类）属此类）（二）对催化剂热稳定性及寿命的影响（二）对催化剂热稳定性及寿命的影响 结构性助催化剂主要起

6、增加催化剂结构性助催化剂主要起增加催化剂热稳定性的作用。热稳定性的作用。（三）对催化剂抗毒能力的影响（三）对催化剂抗毒能力的影响 催化剂在使用过程中，会受到反应催化剂在使用过程中，会受到反应介质气中所含各种毒物的毒害。结构介质气中所含各种毒物的毒害。结构性助催化剂可用于抗毒。性助催化剂可用于抗毒。（四）对催化剂选择性的影响（四）对催化剂选择性的影响 e.g.e.g. 烃类蒸气转化制合成气时，在烃类蒸气转化制合成气时，在Ni/Ni/酸酸性载体催化剂中加入碱性助剂（如性载体催化剂中加入碱性助剂（如K K2 2O O）, ,或用碱性载体（如或用碱性载体（如MgOMgO）, ,可抑可抑制碳的生成，使反

7、应向主反应方向进制碳的生成，使反应向主反应方向进行。行。 一般设计助催化剂有两种方法：一般设计助催化剂有两种方法： 1 1、运用现有的科学知识和催化理论，、运用现有的科学知识和催化理论，针对催化剂和催化反应存在的具体问题针对催化剂和催化反应存在的具体问题进行设计。进行设计。 2 2、对催化反应的机理进行深入研究，、对催化反应的机理进行深入研究，依据机理对催化剂作出调整。依据机理对催化剂作出调整。四、助催化剂的选择和设计四、助催化剂的选择和设计3 载体载体一一. 载体的作用载体的作用1、增加催化剂的有效表面和提供合适的孔结、增加催化剂的有效表面和提供合适的孔结构。构。 活性组分能在载体上铺展、分

8、散，大大增活性组分能在载体上铺展、分散，大大增加其暴露表面，使较少量的活性组分能有加其暴露表面，使较少量的活性组分能有较高的活性。另一方面，载体如有合适的较高的活性。另一方面，载体如有合适的孔结构，能提高催化剂的择形选择性。孔结构，能提高催化剂的择形选择性。2、提高催化剂的机械强度。、提高催化剂的机械强度。 如催化剂本身的机械强度不够，则需加如催化剂本身的机械强度不够，则需加 入高强度的载体（如人造刚玉、碳化硅、入高强度的载体（如人造刚玉、碳化硅、 SiO2等）以强化之。等）以强化之。3、提高催化剂的热稳定性。、提高催化剂的热稳定性。 载体对活性组分的分散作用可有效地防载体对活性组分的分散作用

9、可有效地防 止催化剂颗粒因聚集、长大引起的烧结失止催化剂颗粒因聚集、长大引起的烧结失 活；同时，载体还可使散热面积增加，导活；同时，载体还可使散热面积增加，导 热性能改善，有利于反应热的散去，从而热性能改善，有利于反应热的散去，从而 提高催化剂的热稳定性。提高催化剂的热稳定性。4、提供活性中心。、提供活性中心。 某些载体可以提供活性组分本身不具有、而反某些载体可以提供活性组分本身不具有、而反应需要的活性中心，尤其是酸、碱中心，从而构应需要的活性中心，尤其是酸、碱中心，从而构成多功能催化剂。成多功能催化剂。5、增加催化剂的抗毒性能。、增加催化剂的抗毒性能。 载体使活性表面增加，从而使活性组分对毒

10、物载体使活性表面增加，从而使活性组分对毒物的敏感性相应降低；载体还可以分解、吸附毒物；的敏感性相应降低；载体还可以分解、吸附毒物；载体的孔还可以阻止大的毒物分子扩散到孔内的载体的孔还可以阻止大的毒物分子扩散到孔内的催化剂上去。催化剂上去。6、与活性组分间发生相互作用、与活性组分间发生相互作用 形成新的化合物和固溶体形成新的化合物和固溶体 改变活性组分（金属）的形态和表面结改变活性组分（金属）的形态和表面结 构构 改变活性组分（金属）的电子性质改变活性组分（金属）的电子性质 从而影响反应物的吸附和催化活性从而影响反应物的吸附和催化活性。二二. 载体的种类载体的种类 （一）按载体物质的（一）按载体

11、物质的相对活性相对活性分分 1. 不活性载体不活性载体 如如: 碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化硅、硅酸铝，硅、硅酸铝，主要用作抗高温的催化剂主要用作抗高温的催化剂载体。载体。 2、相对非活性载体、相对非活性载体 具有潜在的活性，可以抑制或利用。具有潜在的活性，可以抑制或利用。 这类载体可分为三小类：这类载体可分为三小类： 绝缘体：如绝缘体：如 绝缘性氧化物绝缘性氧化物 半导体：过渡金属氧化物，石墨，半导体：过渡金属氧化物，石墨， 活性炭活性炭 导体：导体： 金属金属（二）按载体物质的（二）按载体物质的表面积表面积分类（常见）分类（常见） 1、小表面积载体（、小表面积载

12、体（20 m2/g） 用于活性组分非常活泼的场合。用于活性组分非常活泼的场合。 无孔小表面载体（比表面无孔小表面载体（比表面1 m1 m2 2/g/g） 如：石英粉，如：石英粉，SiCSiC，刚铝石，刚铝石 有孔小表面载体（比表面有孔小表面载体（比表面20 m20 m2 2/g/g） 如：硅藻土，耐火砖等如：硅藻土，耐火砖等 总的来说，小表面载体由于其比表面小，使用常总的来说，小表面载体由于其比表面小，使用常常受到限制。常受到限制。 2. 大表面积载体（可达大表面积载体（可达102 103 m2/g） 对所负载的活性组分会产生较大影响，对所负载的活性组分会产生较大影响，使用最广泛。使用最广泛。

13、 无孔大表面载体：无孔大表面载体：5 m5 m2 2/g/g 如：炭黑，高岭土，如：炭黑，高岭土，TiOTiO2 2，ZnOZnO，石棉，石棉 有孔大表面载体：有孔大表面载体： 50m50m2 2/g,/g, 如：硅胶，氧化铝，活性炭，分子筛如：硅胶，氧化铝，活性炭，分子筛三、载体的选择三、载体的选择1 1、考虑活性组分负载方式以及与载体间的相互作用、考虑活性组分负载方式以及与载体间的相互作用对载体的要求。对载体的要求。 活性组分在载体上的负载方式：活性组分在载体上的负载方式： 外层负载（蛋壳型）外层负载（蛋壳型） 内层负载（蛋白型）内层负载（蛋白型） 中心负载（蛋黄型）中心负载（蛋黄型） 均

14、匀负载（均匀型）均匀负载（均匀型） 采用何种负载方式取决于不同载体对活性组分的采用何种负载方式取决于不同载体对活性组分的不同的吸附性质。不同的吸附性质。 2 2、考虑反应的控制步骤与传递过程对载体的、考虑反应的控制步骤与传递过程对载体的要求要求 选择具有合适表面积和孔隙率的载体选择具有合适表面积和孔隙率的载体3 3、考虑反应的热效应和载体的导热性能、考虑反应的热效应和载体的导热性能 对大量放热的反应，要求采用导热性能好对大量放热的反应，要求采用导热性能好的载体。的载体。4 4、考虑反应器类型对载体的粒度，形貌等的、考虑反应器类型对载体的粒度，形貌等的要求要求5 5、成本与原料来源的要求、成本与

15、原料来源的要求4 催化剂的宏观结构催化剂的宏观结构一、什么是一、什么是催化剂的宏观结构催化剂的宏观结构 指催化剂构成微粒的大小、催化剂颗粒的指催化剂构成微粒的大小、催化剂颗粒的大小、形状、催化剂的表面积、孔容、孔大小、形状、催化剂的表面积、孔容、孔径，活性组分的分散度、机械强度等。径，活性组分的分散度、机械强度等。 构成微粒：一次粒子，二次粒子构成微粒：一次粒子，二次粒子 催化剂的宏观结构对催化剂的活性、选催化剂的宏观结构对催化剂的活性、选择性、过程的传质与传热、流体的压力降、择性、过程的传质与传热、流体的压力降、催化剂的寿命等都有影响。催化剂的寿命等都有影响。二、催化剂宏观结构对催化剂性能的

16、影响二、催化剂宏观结构对催化剂性能的影响1. 催化剂颗粒的大小、形状的影响催化剂颗粒的大小、形状的影响 床层压力降床层压力降 颗粒大小颗粒大小 内扩散距离，内表面利用率内扩散距离，内表面利用率 机械强度，反应器的要求机械强度，反应器的要求 装填的紧密程度，外扩散阻力，流体分布的装填的紧密程度，外扩散阻力，流体分布的 形状形状 均匀性均匀性 反应器的要求反应器的要求 工业上常用的催化剂的几种形状：工业上常用的催化剂的几种形状：1 1、圆柱形：圆柱形、圆柱形：圆柱形 空心圆柱形（环状）空心圆柱形（环状）2 2、球形、球形3 3、粒状（无定形）、粒状（无定形）4 4、特殊形状、特殊形状2. 催化剂的

17、比表面的影响催化剂的比表面的影响F 一般而言，表面积愈大催化剂的活性愈高。一般而言，表面积愈大催化剂的活性愈高。F 另一方面，也并非在任何情况下催化剂的表另一方面，也并非在任何情况下催化剂的表面积愈大愈好。面积愈大愈好。(a)(a)对强放热反应，活性过高对强放热反应，活性过高造成反应失控。（造成反应失控。（b b）表面积过大意味着孔径）表面积过大意味着孔径小，不利于扩散。小，不利于扩散。（1）影响内扩散和内表面利用率）影响内扩散和内表面利用率 孔内扩散有三种机理：孔内扩散有三种机理： 普通扩散（普通扩散（d d d 时，时，分子与孔壁的碰撞比分子间分子与孔壁的碰撞比分子间 碰撞机会多碰撞机会多

18、） 表面扩散（浓度扩散，可忽略）表面扩散（浓度扩散，可忽略） 在实际的催化过程中，普通扩散和在实际的催化过程中，普通扩散和Knudsen扩散是主要的扩散是主要的两种类型。两种类型。 3. 催化剂的孔结构的影响催化剂的孔结构的影响 可见，扩散速率与孔结构（孔径）和可见，扩散速率与孔结构（孔径）和有关，当反应体系和有关，当反应体系和反应条件一定时，内扩散取决于孔径反应条件一定时，内扩散取决于孔径d d。 由于内扩散程度直接影响内表面利用率由于内扩散程度直接影响内表面利用率 f，所以孔结构直接，所以孔结构直接影响内表面利用率影响内表面利用率 f： d ，f ，S d ，f ，S 因此，因此，d，S

19、两方面要视情况综合考虑。一般说：两方面要视情况综合考虑。一般说： 对加压反应，可选择单孔分布催化剂，对加压反应，可选择单孔分布催化剂，d= 1010 对常压反应，可选择双孔分布催化剂，其中小孔：对常压反应，可选择双孔分布催化剂，其中小孔： d= 0.10.1, ,大孔：大孔：d10d10 (2)影响反应选择性影响反应选择性 从催化反应的不同类型来讨论：从催化反应的不同类型来讨论： (i)(i)两个互不相关的反应两个互不相关的反应 A B A B C D C D 内扩散限制对快反应的影响较大，使其选择性下降较大，内扩散限制对快反应的影响较大，使其选择性下降较大，因此小孔有利于提高慢反应的选择性。

20、因此小孔有利于提高慢反应的选择性。 (ii)(ii)同一反应物的两个平行反应同一反应物的两个平行反应 A BA B C C 内扩散限制对级数高的反应影响较大，使其速率降低较多，内扩散限制对级数高的反应影响较大，使其速率降低较多，因此小孔有利于提高低反应级数的反应的选择性。因此小孔有利于提高低反应级数的反应的选择性。 (iii)(iii)连串反应（中间产物不稳定）连串反应（中间产物不稳定） A B CA B C 小孔阻碍了中间产物的逸出，使其进一步小孔阻碍了中间产物的逸出，使其进一步反应，所以大孔可提高中间产物的选择性。反应，所以大孔可提高中间产物的选择性。 （3）影响热传导）影响热传导 总导热

21、系数：总导热系数：e = e = s(s(f/ f/ s)s) （4）影响催化剂的热稳定性）影响催化剂的热稳定性 孔隙率越大（孔越大），烧结速率越低，越孔隙率越大（孔越大），烧结速率越低，越 不易烧结。不易烧结。 烧结首先发生于微孔。微孔烧结后变大。烧结首先发生于微孔。微孔烧结后变大。 不同大小的孔的稳定性：不同大小的孔的稳定性：微孔（微孔（010nm）：）：在较低温度（在较低温度（500以下）稳定以下）稳定过渡孔（过渡孔（10200nm）：）：在中温范围内（在中温范围内（ 500800） 稳定稳定 大孔（大孔（200nm）：）：在较高温度下（在较高温度下（ 800）仍稳）仍稳 定定 三、催化

22、剂的机械强度三、催化剂的机械强度 化学组成化学组成 制备方法制备方法 孔隙结构孔隙结构 处理及使用条件处理及使用条件四、催化剂活性组分的分散情况四、催化剂活性组分的分散情况 对不同的催化反应，所要求的活性组分的对不同的催化反应，所要求的活性组分的负载方式也不同。负载方式也不同。 例如：例如：当催化反应由外扩散控制时，以当催化反应由外扩散控制时，以蛋壳型蛋壳型负载为宜。负载为宜。当催化反应由动力学控制时，以当催化反应由动力学控制时，以均匀型均匀型负载为好。负载为好。若反应介质中含有毒物，而负载又能吸附毒物，若反应介质中含有毒物，而负载又能吸附毒物，可采用可采用埋藏型埋藏型负载。负载。在连串反应中

23、，若中间产物为目的产物，可选在连串反应中，若中间产物为目的产物，可选蛋蛋壳型壳型分布。分布。 催化剂活性组分的分散状况主要由催化剂制催化剂活性组分的分散状况主要由催化剂制备方法及条件决定备方法及条件决定2 助催化剂助催化剂 催化剂的组成催化剂的组成 ： 主催化剂主催化剂 共催化剂共催化剂 助催化剂助催化剂 载体载体主要组分主要组分次要组分次要组分助催化剂助催化剂 助催化剂助催化剂是指那种并非催化剂的关键成是指那种并非催化剂的关键成分，但能改进主要组分的某些性能（如：活分，但能改进主要组分的某些性能（如：活性、选择性、寿命或物理性能）的组分。性、选择性、寿命或物理性能）的组分。 有时载体也有助催

24、化剂的作用。有时载体也有助催化剂的作用。一、作用机理一、作用机理 主要通过改变催化剂的化学组成、晶体主要通过改变催化剂的化学组成、晶体与表面结构、离子价态及分布、酸碱性等来与表面结构、离子价态及分布、酸碱性等来改善催化剂的性能。改善催化剂的性能。 通常助催化剂在催化剂中存在着最适宜通常助催化剂在催化剂中存在着最适宜的含量，过多或过少效果均不佳。的含量，过多或过少效果均不佳。二、助催化剂的种类助催化剂的种类 根据其改善催化剂性能的作用机理来分：根据其改善催化剂性能的作用机理来分： 结构性助催化剂结构性助催化剂 调变性助催化剂调变性助催化剂 能加速催化剂预处理的助催化剂能加速催化剂预处理的助催化剂

25、（一）结构性助催化剂（一）结构性助催化剂 在温度升高时能防止或减慢催化剂微晶体长大在温度升高时能防止或减慢催化剂微晶体长大而造成表面积减小，防止催化剂因烧结而降低活而造成表面积减小，防止催化剂因烧结而降低活性，增加其结构稳定性、热稳定性、使用寿命和性，增加其结构稳定性、热稳定性、使用寿命和抗毒性的助催化剂。抗毒性的助催化剂。 只改变主催化剂的物理性质，不改变反应物与只改变主催化剂的物理性质，不改变反应物与催化剂作用的本质，不改变反应的活化能。催化剂作用的本质，不改变反应的活化能。 e.g. 合成氨的活性组分合成氨的活性组分-Fe-Fe微晶中加入微晶中加入AlAl2 2O O3 3 抗毒性助催化

26、剂抗毒性助催化剂（二）调变性助催化剂二）调变性助催化剂 可改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶可改变主催化剂的化学组成、电子结构、表面性质或晶形结构，从而提高催化剂的活性和选择性的助催化剂。形结构，从而提高催化剂的活性和选择性的助催化剂。 这类催化剂能使反应活化能降低。这类催化剂能使反应活化能降低。 进一步分类：进一步分类：1 1、电子助催化剂、电子助催化剂 2 2、晶格缺陷助催化剂、晶格缺陷助催化剂 3 3、增界助催化剂、增界助催化剂 4 4、选择性助催化剂、选择性助催化剂 5 5、扩散助催化剂、扩散助催化剂 6 6、相变助催化剂、相变助催化剂 7 7、双重作用催化剂、双重作用催化

27、剂（三）能加速催化剂预处理的助催化剂（三）能加速催化剂预处理的助催化剂 这类助催化剂能降低催化剂预处理这类助催化剂能降低催化剂预处理温度或提高金属催化剂的还原速度。温度或提高金属催化剂的还原速度。 e.g. e.g. 铜加入到沉淀钴或铁催化剂中，可提铜加入到沉淀钴或铁催化剂中，可提高铁或钴还原速度。高铁或钴还原速度。三、助催化剂对催化剂性能的影响三、助催化剂对催化剂性能的影响（一）对催化活性的影响（一）对催化活性的影响 1、提高催化能力，降低总反应活化能。、提高催化能力，降低总反应活化能。 （调变性助催化剂调变性助催化剂属此类）属此类） 2、不改变活化能，但使催化剂固有活、不改变活化能，但使催

28、化剂固有活 性持久、稳定或增加抗毒力。性持久、稳定或增加抗毒力。 （结构性助催化剂结构性助催化剂属此类）属此类）（二）对催化剂热稳定性及寿命的影响（二）对催化剂热稳定性及寿命的影响 结构性助催化剂主要起增加催化剂结构性助催化剂主要起增加催化剂热稳定性的作用。热稳定性的作用。（三）对催化剂抗毒能力的影响（三）对催化剂抗毒能力的影响 催化剂在使用过程中，会受到反应催化剂在使用过程中，会受到反应介质气中所含各种毒物的毒害。结构介质气中所含各种毒物的毒害。结构性助催化剂可用于抗毒。性助催化剂可用于抗毒。（四）对催化剂选择性的影响（四）对催化剂选择性的影响 e.g.e.g. 烃类蒸气转化制合成气时，在烃

29、类蒸气转化制合成气时，在Ni/Ni/酸酸性载体催化剂中加入碱性助剂（如性载体催化剂中加入碱性助剂（如K K2 2O O）, ,或用碱性载体（如或用碱性载体（如MgOMgO）, ,可抑可抑制碳的生成，使反应向主反应方向进制碳的生成，使反应向主反应方向进行。行。 一般设计助催化剂有两种方法：一般设计助催化剂有两种方法： 1 1、运用现有的科学知识和催化理论，、运用现有的科学知识和催化理论，针对催化剂和催化反应存在的具体问题针对催化剂和催化反应存在的具体问题进行设计。进行设计。 2 2、对催化反应的机理进行深入研究，、对催化反应的机理进行深入研究，依据机理对催化剂作出调整。依据机理对催化剂作出调整。

30、四、助催化剂的选择和设计四、助催化剂的选择和设计3 载体载体一一. 载体的作用载体的作用1、增加催化剂的有效表面和提供合适的孔结、增加催化剂的有效表面和提供合适的孔结构。构。 活性组分能在载体上铺展、分散，大大增活性组分能在载体上铺展、分散，大大增加其暴露表面，使较少量的活性组分能有加其暴露表面，使较少量的活性组分能有较高的活性。另一方面，载体如有合适的较高的活性。另一方面，载体如有合适的孔结构，能提高催化剂的择形选择性。孔结构，能提高催化剂的择形选择性。2、提高催化剂的机械强度。、提高催化剂的机械强度。 如催化剂本身的机械强度不够，则需加如催化剂本身的机械强度不够，则需加 入高强度的载体（如

31、人造刚玉、碳化硅、入高强度的载体（如人造刚玉、碳化硅、 SiO2等）以强化之。等）以强化之。3、提高催化剂的热稳定性。、提高催化剂的热稳定性。 载体对活性组分的分散作用可有效地防载体对活性组分的分散作用可有效地防 止催化剂颗粒因聚集、长大引起的烧结失止催化剂颗粒因聚集、长大引起的烧结失 活；同时，载体还可使散热面积增加，导活；同时，载体还可使散热面积增加，导 热性能改善，有利于反应热的散去，从而热性能改善，有利于反应热的散去，从而 提高催化剂的热稳定性。提高催化剂的热稳定性。4、提供活性中心。、提供活性中心。 某些载体可以提供活性组分本身不具有、而反某些载体可以提供活性组分本身不具有、而反应需

32、要的活性中心，尤其是酸、碱中心，从而构应需要的活性中心，尤其是酸、碱中心，从而构成多功能催化剂。成多功能催化剂。5、增加催化剂的抗毒性能。、增加催化剂的抗毒性能。 载体使活性表面增加，从而使活性组分对毒物载体使活性表面增加，从而使活性组分对毒物的敏感性相应降低；载体还可以分解、吸附毒物；的敏感性相应降低；载体还可以分解、吸附毒物；载体的孔还可以阻止大的毒物分子扩散到孔内的载体的孔还可以阻止大的毒物分子扩散到孔内的催化剂上去。催化剂上去。6、与活性组分间发生相互作用、与活性组分间发生相互作用 形成新的化合物和固溶体形成新的化合物和固溶体 改变活性组分（金属）的形态和表面结改变活性组分（金属）的形

33、态和表面结 构构 改变活性组分（金属）的电子性质改变活性组分（金属）的电子性质 从而影响反应物的吸附和催化活性从而影响反应物的吸附和催化活性。二二. 载体的种类载体的种类 （一）按载体物质的（一）按载体物质的相对活性相对活性分分 1. 不活性载体不活性载体 如如: 碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化碳化硅、氧化镁、氧化铝、氧化硅、硅酸铝，硅、硅酸铝，主要用作抗高温的催化剂主要用作抗高温的催化剂载体。载体。 2、相对非活性载体、相对非活性载体 具有潜在的活性，可以抑制或利用。具有潜在的活性，可以抑制或利用。 这类载体可分为三小类：这类载体可分为三小类： 绝缘体：如绝缘体：如 绝缘性氧化物绝缘性氧化物

34、半导体：过渡金属氧化物，石墨，半导体：过渡金属氧化物，石墨， 活性炭活性炭 导体：导体： 金属金属（二）按载体物质的（二）按载体物质的表面积表面积分类（常见）分类（常见） 1、小表面积载体（、小表面积载体（20 m2/g） 用于活性组分非常活泼的场合。用于活性组分非常活泼的场合。 无孔小表面载体（比表面无孔小表面载体（比表面1 m1 m2 2/g/g） 如：石英粉，如：石英粉，SiCSiC，刚铝石，刚铝石 有孔小表面载体（比表面有孔小表面载体（比表面20 m20 m2 2/g/g） 如：硅藻土，耐火砖等如：硅藻土，耐火砖等 总的来说，小表面载体由于其比表面小，使用常总的来说，小表面载体由于其比

35、表面小，使用常常受到限制。常受到限制。 2. 大表面积载体（可达大表面积载体（可达102 103 m2/g） 对所负载的活性组分会产生较大影响，对所负载的活性组分会产生较大影响，使用最广泛。使用最广泛。 无孔大表面载体：无孔大表面载体：5 m5 m2 2/g/g 如：炭黑，高岭土，如：炭黑，高岭土，TiOTiO2 2，ZnOZnO，石棉，石棉 有孔大表面载体：有孔大表面载体： 50m50m2 2/g,/g, 如：硅胶，氧化铝，活性炭，分子筛如：硅胶，氧化铝，活性炭，分子筛三、载体的选择三、载体的选择1 1、考虑活性组分负载方式以及与载体间的相互作用、考虑活性组分负载方式以及与载体间的相互作用对

36、载体的要求。对载体的要求。 活性组分在载体上的负载方式：活性组分在载体上的负载方式： 外层负载（蛋壳型）外层负载（蛋壳型） 内层负载（蛋白型）内层负载（蛋白型） 中心负载（蛋黄型）中心负载（蛋黄型） 均匀负载（均匀型）均匀负载（均匀型） 采用何种负载方式取决于不同载体对活性组分的采用何种负载方式取决于不同载体对活性组分的不同的吸附性质。不同的吸附性质。 2 2、考虑反应的控制步骤与传递过程对载体的、考虑反应的控制步骤与传递过程对载体的要求要求 选择具有合适表面积和孔隙率的载体选择具有合适表面积和孔隙率的载体3 3、考虑反应的热效应和载体的导热性能、考虑反应的热效应和载体的导热性能 对大量放热的

37、反应，要求采用导热性能好对大量放热的反应，要求采用导热性能好的载体。的载体。4 4、考虑反应器类型对载体的粒度，形貌等的、考虑反应器类型对载体的粒度，形貌等的要求要求5 5、成本与原料来源的要求、成本与原料来源的要求4 催化剂的宏观结构催化剂的宏观结构一、什么是一、什么是催化剂的宏观结构催化剂的宏观结构 指催化剂构成微粒的大小、催化剂颗粒的指催化剂构成微粒的大小、催化剂颗粒的大小、形状、催化剂的表面积、孔容、孔大小、形状、催化剂的表面积、孔容、孔径，活性组分的分散度、机械强度等。径，活性组分的分散度、机械强度等。 构成微粒：一次粒子，二次粒子构成微粒：一次粒子，二次粒子 催化剂的宏观结构对催化

38、剂的活性、选催化剂的宏观结构对催化剂的活性、选择性、过程的传质与传热、流体的压力降、择性、过程的传质与传热、流体的压力降、催化剂的寿命等都有影响。催化剂的寿命等都有影响。二、催化剂宏观结构对催化剂性能的影响二、催化剂宏观结构对催化剂性能的影响1. 催化剂颗粒的大小、形状的影响催化剂颗粒的大小、形状的影响 床层压力降床层压力降 颗粒大小颗粒大小 内扩散距离，内表面利用率内扩散距离，内表面利用率 机械强度，反应器的要求机械强度，反应器的要求 装填的紧密程度，外扩散阻力，流体分布的装填的紧密程度，外扩散阻力，流体分布的 形状形状 均匀性均匀性 反应器的要求反应器的要求 工业上常用的催化剂的几种形状：

39、工业上常用的催化剂的几种形状：1 1、圆柱形：圆柱形、圆柱形：圆柱形 空心圆柱形（环状）空心圆柱形（环状）2 2、球形、球形3 3、粒状（无定形）、粒状（无定形）4 4、特殊形状、特殊形状2. 催化剂的比表面的影响催化剂的比表面的影响F 一般而言，表面积愈大催化剂的活性愈高。一般而言，表面积愈大催化剂的活性愈高。F 另一方面，也并非在任何情况下催化剂的表另一方面，也并非在任何情况下催化剂的表面积愈大愈好。面积愈大愈好。(a)(a)对强放热反应，活性过高对强放热反应，活性过高造成反应失控。（造成反应失控。（b b）表面积过大意味着孔径）表面积过大意味着孔径小，不利于扩散。小，不利于扩散。（1）影

40、响内扩散和内表面利用率）影响内扩散和内表面利用率 孔内扩散有三种机理：孔内扩散有三种机理： 普通扩散（普通扩散（d d d 时，时，分子与孔壁的碰撞比分子间分子与孔壁的碰撞比分子间 碰撞机会多碰撞机会多） 表面扩散（浓度扩散，可忽略）表面扩散（浓度扩散，可忽略） 在实际的催化过程中，普通扩散和在实际的催化过程中，普通扩散和Knudsen扩散是主要的扩散是主要的两种类型。两种类型。 3. 催化剂的孔结构的影响催化剂的孔结构的影响 可见，扩散速率与孔结构（孔径）和可见，扩散速率与孔结构（孔径）和有关，当反应体系和有关，当反应体系和反应条件一定时，内扩散取决于孔径反应条件一定时，内扩散取决于孔径d d。 由于内扩散程度直接影响内表面利用率由于内扩散程度直接影响内表面利用率 f，所以孔结构直接，所以孔结构直接影响内表面利用