2025年催化剂制造工技师考试试卷与答案

2025年催化剂制造工技师考试试卷与答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列催化剂制备方法中，属于化学合成法的是（）。A.机械混合法B.沉淀法C.压片成型法D.喷雾干燥法答案：B2.负载型催化剂中，载体的比表面积对活性组分分散度的影响规律是（）。A.比表面积越大，分散度越低B.比表面积越大，分散度越高C.比表面积与分散度无关D.比表面积超过阈值后分散度下降答案：B3.分子筛催化剂的酸性中心主要来源于（）。A.骨架铝的电荷不平衡B.表面羟基C.金属阳离子交换D.硅氧四面体缺陷答案：A4.浸渍法制备催化剂时，若活性组分前驱体为硝酸盐，焙烧过程中主要发生的反应是（）。A.分解反应B.还原反应C.水解反应D.聚合反应答案：A5.催化剂机械强度测试中，侧压强度与径向抗压强度的主要区别在于（）。A.试样形状不同B.施压方向不同C.测试设备不同D.评价标准不同答案：B6.工业上制备球形催化剂常用的成型方法是（）。A.挤出成型B.滚球成型C.压片成型D.滴球成型答案：B7.催化剂再生过程中，积碳失活的常用再生方法是（）。A.氢气还原B.空气/氧气焙烧C.酸溶液清洗D.水蒸气处理答案：B8.表征催化剂孔结构的常用仪器是（）。A.X射线衍射仪（XRD）B.比表面及孔径分析仪（BET）C.扫描电子显微镜（SEM）D.红外光谱仪（IR）答案：B9.制备高分散度金属催化剂时，常用的还原剂不包括（）。A.氢气B.甲醛C.硼氢化钠D.硝酸答案：D10.催化剂干燥过程中，若升温速率过快，可能导致的问题是（）。A.活性组分流失B.颗粒开裂C.比表面积增大D.孔容增加答案：B11.评价催化剂热稳定性的关键指标是（）。A.起始烧结温度B.活性组分含量C.堆密度D.磨损率答案：A12.工业催化剂制备中，原料预处理的目的不包括（）。A.去除杂质B.调整粒度分布C.提高活性组分含量D.改善成型性能答案：C13.共沉淀法制备复合金属氧化物催化剂时，关键控制参数是（）。A.溶液pH值B.搅拌速度C.干燥温度D.焙烧时间答案：A14.催化剂装填过程中，要求床层均匀性的主要原因是（）。A.减少压力降B.避免局部过热C.提高机械强度D.增加比表面积答案：B15.下列关于催化剂失活的描述，错误的是（）。A.中毒失活通常不可逆B.烧结失活属于结构变化C.积碳失活可通过再生恢复D.磨损失活是物理过程答案：A二、判断题（每题1分，共10分）1.催化剂的选择性是指对目标产物的转化能力。（）答案：×（选择性是指目标产物占总产物的比例）2.浸渍法中，过量浸渍与等体积浸渍的主要区别是浸渍液用量不同。（）答案：√3.分子筛的硅铝比越高，酸性越强。（）答案：×（硅铝比越高，酸性中心密度降低，但酸强度可能增强）4.催化剂焙烧温度越高，结晶度越好，活性一定越高。（）答案：×（过高温度可能导致烧结，活性下降）5.压片成型时，添加黏结剂可提高催化剂强度，但可能降低比表面积。（）答案：√6.催化剂再生后，其活性一定能完全恢复至新鲜催化剂水平。（）答案：×（再生可能无法完全恢复结构）7.BET法可同时测定催化剂的比表面积和孔径分布。（）答案：√8.共沉淀法中，金属离子的沉淀顺序不影响最终催化剂的组成。（）答案：×（沉淀顺序影响前驱体结构，进而影响催化剂性能）9.催化剂干燥过程中，自由水的脱除速率主要受物料内部扩散控制。（）答案：×（自由水脱除主要受表面汽化控制）10.工业催化剂的装填高度与反应器直径的比值越大，床层均匀性要求越低。（）答案：×（高径比大时，更易出现沟流，均匀性要求更高）三、简答题（每题6分，共30分）1.简述制备负载型金属催化剂时，载体表面预处理的主要方法及目的。答案：预处理方法包括酸洗、碱洗、高温焙烧、表面改性（如硅烷化）等。目的：①去除载体表面杂质（如金属离子、有机物），避免干扰活性组分负载；②调整表面酸碱性，优化活性组分与载体的相互作用；③改善表面羟基数量和分布，提高活性组分的锚定能力；④控制载体的孔结构（如扩孔或缩孔），调节活性组分的分散度和扩散性能。2.分析影响催化剂机械强度的主要因素，并说明提高强度的常用措施。答案：主要因素：①载体本身的强度（如氧化铝晶型、分子筛结晶度）；②成型工艺（压片压力、挤出速率、滚球时间）；③黏结剂种类及用量（如硅溶胶、田菁粉的添加量）；④干燥和焙烧条件（升温速率、最高温度、保温时间）。提高措施：选择高强度载体（如α-Al₂O₃）；优化成型参数（增加压片压力但避免过度致密）；添加适量黏结剂（如2%-5%硅溶胶）；控制干燥速率（避免颗粒内部应力集中）；调整焙烧温度（促进载体与活性组分的烧结结合）。3.说明XRD（X射线衍射）在催化剂表征中的应用，并解释如何通过XRD数据判断活性组分的分散状态。答案：应用：①测定催化剂的物相组成（如活性组分的晶型、载体的晶型）；②计算晶体的平均粒径（通过谢乐公式）；③分析催化剂的结构变化（如烧结导致的晶粒长大、相变）。判断分散状态：若XRD图谱中活性组分的衍射峰强度弱、半峰宽宽，说明晶粒小、分散度高；若衍射峰尖锐且强度高，说明晶粒团聚、分散度低；若无明显衍射峰，可能为无定形态或高度分散（分散度超过XRD检测限）。4.列举三种催化剂失活的主要类型，并分别说明其对应的再生方法。答案：①中毒失活（如硫、氯等杂质吸附在活性位）：再生方法为化学清洗（如用稀碱液脱除硫中毒）或高温焙烧（分解部分可逆毒物）；②积碳失活（反应物在表面聚合形成焦炭）：再生方法为空气/氧气焙烧（400-600℃下燃烧积碳）；③烧结失活（高温导致活性组分晶粒长大）：再生方法通常不可行，需重新分散（如氢气还原-氧化循环）或更换催化剂；④结构破坏失活（如分子筛骨架坍塌）：再生方法为水热合成修复（仅部分情况可行）。5.工业催化剂制备中，喷雾干燥法的工艺原理及关键控制参数有哪些？答案：工艺原理：将催化剂浆料（如前驱体溶液、溶胶或悬浮液）通过雾化器分散成微小液滴，与热空气接触，液滴表面水分快速蒸发，形成固体颗粒。关键控制参数：①浆料固含量（影响雾化效果和颗粒密度）；②雾化压力/转速（决定液滴粒径分布）；③进风温度（控制干燥速率，过高可能导致表面结壳）；④出风温度（影响颗粒含水量）；⑤停留时间（液滴在干燥塔内的停留时间，需足够完成干燥）。四、计算题（每题8分，共16分）1.采用等体积浸渍法制备负载型Ni/Al₂O₃催化剂，载体为γ-Al₂O₃，吸水率为0.65mL/g（即1g载体可吸收0.65mL水）。目标负载量为12wt%（以NiO计），浸渍液为硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O）水溶液。已知NiO的摩尔质量为74.7g/mol，Ni(NO₃)₂·6H₂O的摩尔质量为290.8g/mol，计算：（1）100g载体所需浸渍液的体积；（2）浸渍液中硝酸镍的质量浓度（g/mL）。解：（1）等体积浸渍时，浸渍液体积=载体吸水率×载体质量=0.65mL/g×100g=65mL。（2）目标NiO质量=100g载体×12%=12g；NiO的物质的量=12g/74.7g/mol≈0.1606mol；由于Ni(NO₃)₂·6H₂O分解提供NiO的反应为：Ni(NO₃)₂·6H₂O→NiO+2NO₂↑+0.5O₂↑+6H₂O↑，1mol硝酸镍六水合物提供1molNiO，故需要硝酸镍六水合物的物质的量=0.1606mol；硝酸镍六水合物的质量=0.1606mol×290.8g/mol≈46.7g；浸渍液体积为65mL，因此质量浓度=46.7g/65mL≈0.718g/mL。答案：（1）65mL；（2）0.718g/mL。2.某催化剂干燥前湿基质量为200g，干燥后质量为182g，干燥后的催化剂经焙烧（600℃，2h）后质量为175g。假设干燥过程仅脱除自由水，焙烧过程脱除结合水和分解产物（如硝酸盐分解），计算：（1）干燥失重率（以湿基计）；（2）焙烧失重率（以干燥基计）。解：（1）干燥失重=200g-182g=18g；干燥失重率（湿基）=（18g/200g）×100%=9%。（2）焙烧失重=182g-175g=7g；焙烧失重率（干燥基）=（7g/182g）×100%≈3.85%。答案：（1）9%；（2）3.85%。五、综合分析题（14分）某企业生产的合成氨催化剂（Fe基）在使用1个月后活性显著下降，经检测反应器入口原料气中H₂S含量为5ppm（标准要求＜0.1ppm），同时催化剂床层局部温度升至550℃（正常操作温度450-500℃）。结合催化剂失活理论，分析可能的失活原因及对应的解决措施。答案：可能的失活原因及解决措施：1.中毒失活：原料气中H₂S含量超标（5ppm＞0.1ppm），H₂S作为强吸附性毒物，会与Fe活性中心发生化学吸附，占据活性位并导致活性中心永久失活（硫化物稳定，难以再生）。2.烧结失活：床层局部温度升至550℃（超过正常500℃上限），高温导致Fe晶粒表面能降低，晶粒迁移聚集，活性组分分散度下降，比表面积减小，催化活性降低。3.积碳失活（可能性较低，但需排查）：若原料气中含少量烃类，高温下可能分解提供积碳覆盖活性位，但合成氨原料气主要为H₂、N₂，积碳可能性较小。解决措施：①原料气预处理：增加脱硫装置（如ZnO脱硫剂、胺法脱硫），确保H₂S含量＜0.1ppm，避免毒物进入反应器。②优化操作条件：检查反应器内温度分布，排查局部过热原因（如催化剂装填不均匀、气体分布器堵塞），调整操作参数（如降低空速、增加冷却介