催化剂的介绍.ppt

1、固体催化剂，名称：张春光学编号： 101313146，固体催化剂的制造，目录，1、2、3，固体催化剂的组成和选择，固体催化剂的介绍，1.1固体催化剂的介绍，定义：化学反应可以加快或减慢其他物质的化学反应速度，但催化其自身的质量和化学性质在反应前后不变化的物质固体催化剂在工业上也被称为催化剂。 催化剂具有在可逆反应的同时催化正、逆反应的功能，根据反应条件的不同，例如芳烃加氢反应。 1.2实际用途、催化剂被世界各行业广泛使用，将来对催化剂的科学理论研究、清洁能源开发和利用、环境保护和经济效益的提高、人类生存环境的管理和保护有很大的发展前景。 简单来说，人的生存发展，享受生活离不开催化剂及其发展。

2、催化剂的用途：在硫酸生产中，由以五氧化钒为催化剂的氮气和氢气合成氨气，使用以铁为主的多成分催化剂，在提高反应速度的炼油厂，如果选择不同的催化剂，就能得到不同品质的汽油、煤油，汽车尾气中含有有有害的一氧化碳和一氧化氮通过将铂等金属作为催化剂，能迅速将两者转换成无害的二氧化碳和氮气的酶是植物、动物、微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业、制药业等必须用催化剂进行催化。 催化剂在化工生产中有着重要而广泛的应用，在生产化肥、农药、多种化工原料等需要使用催化剂的科学家的实验和生命活动中催化剂也很活跃。 2.1催化剂的组成和选择，固体催化剂的组成为： 1、催化剂

3、活性物质2、载体3、助催化剂4、抑制剂、固体催化剂的特征： 1、高活性2、高选择性3、高强度4、长寿命、2.1.1活性成分，催化剂的核心部分是活性成分，即发挥真正的催化剂作用的成分。 化工中的固体催化剂可根据其化合形态、电子性质和催化作用中的电子因素分为三类：半导体催化剂，主要是金属氧化物和硫化物； 金属催化剂也被称为导体催化剂，单纯金属和过渡金属多的绝缘催化剂主要是周期表a、a、a族的金属或非金属氧化物和卤化物。 大多数催化剂能化学吸附氧和氢，因此通常是氧化还原和氢化脱氢反应的有效催化剂。 例如，铂(氧化)、镍(氢化)、半导体(催化同种类的反应)总是需要很高的温度，对毒物不敏感的过渡金属氧化

4、物是烯烃聚合的优良催化剂。 关于催化剂化学特性的原理，并不足以事先选择催化剂，现在也是依靠经验资料(考虑经济合理、安全)的技术。 2.2载体、载体始终兼作稳定剂和分散剂，是影响催化剂性能的重要因素之一。 载体的种类、组成、表面积、细孔结构、导热性、耐热性、机械强度、制造方法、负载活性成分的方法、载体与活性成分的相互作用等，对催化剂的性能有影响。 催化反应只能在催化剂表面进行，粒子内部的金属无法发挥催化作用，因此不适合使用有限的高价活性成分(铂、铑等)作为催化剂。 为了充分发挥作用，可以使用催化剂载体。 催化剂载体的作用：提供有效表面和适当的细孔结构的催化剂能够得到一定的催化剂强度，能够提高催化

5、剂的热稳定性，与提供活性中心的活性成分起作用，节约形成新化合物的活性成分的使用量。 2.2.2催化剂的载体分类，1，小面积载体。 分为没有孔的低表面载体和有孔的低表面载体。 2 .高比表面载体。 下表：2.3助催化剂本身的催化活性小，但即使在催化剂中极少量添加，也能显着改变催化剂的性能，这是助催化剂和载体的不同。助催化剂类型：结构型(一般不影响活性成分的本性)调制型(能够调节和变化活性成分的性质)助催化剂，一般在含量少的情况下能够提高催化剂活性，但在使用量过多的情况下，反而活性达到峰值。 部分促进剂(例如Al2O3、CaO、K2O用于氨合成反应； 氯化物作为氢化和异构化催化剂的促进剂； 硫化物

6、用于促进氢化脱硫催化剂)可以增加活性中心的数量，使催化剂表面具有很大的活性。 2.4抑制剂、抑制剂是促进剂的对立物。 在制备催化剂时加入少量，活性减少，稳定性提高。 抑制剂用于降低催化剂对不期望的副反应的催化活性。 例如，氧化铝上承载的银是优异的氧化催化剂，在由乙烯制造环氧乙烷的过程中被广泛使用，但在相同条件下，乙烯有可能完全氧化成CO2和H2O，因此对环氧乙烷的选择性差。 结果表明，将卤素化合物加入催化剂中可以抑制完全氧化，得到满意的选择性。 2.5催化剂成分间的关系、*活性成分*载体*助催化剂*抑制剂、同一催化剂因制造的不同，活性可能有很大不同，固体催化剂的活性和选择性受制造方法和制造条件

7、的影响，因此催化剂的制造技术具有特殊的重要意义。 固体催化剂的主要制造方法有沉淀法、浸渍法、共混合法、辊涂法、溶解法、溶液蒸干法、热熔融法、浸渍法(沥青过滤法)、离子交换法、络合催化剂的固载化法等，目前发展的新方法有化学键法、纤维化法等。 沉淀法、沉淀法是制造固体催化剂最常用的方法之一，用沉淀剂(例如碱性物质)将可溶性催化剂成分(金属盐类水溶液)转化为难溶性化合物。 经过分离、清洗、干燥、烧成、成型等工序制造完成催化剂。 影响沉淀法的因素有溶液的浓度、沉淀的温度、溶液的PH值和加入的顺序等。 沉淀法的优点：有利于去除杂质，活性成分分散度高的产品有利于成分间的紧密结合，形成了适当的活性结构活性成

8、分和载体的结合，前者不易流失，沉淀法的生产工艺、沉淀法广泛用于制造高含量的非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂或催化剂载体，催化剂、2种以上的盐溶液， 混合NaoH、沉淀、结晶或非结晶沉淀、浸渍法、制造工序大致分为： 1、排气载体2、载体与浸渍溶液接触3、除去过剩的溶液4、干燥5、烧成和活性化、载体(Al2O3)的沉淀、沉淀、干燥、载体的成型、活性成分溶液浸渍、干燥、烧成分解、活性混合的目的是促进材料间的均匀分布，提高分散度。 因此，调制时要尽可能均匀地混合各成分。 为了提高机械强度，一般在混合过程中加入一定量的粘接剂。 熔融法、熔融法在高温条件下进行催化剂成分熔融，形成均匀的混合体、合金固溶体

9、或氧化物固溶体。 熔融法制备的催化剂活性好，机械强度高，生产能力大，极限通用性低。其生产工艺一般为：固体粉碎高温熔融或烧结冷却、破碎，进行一定粒度活性化生产实例：目前合成氨工业中使用的熔融铁催化剂是如何制造的？ 原料：磁铁矿、硝酸钾、氧化铝条件： 600高温催化剂粒度：数微米的粒度，混合法，锌锰系脱硫催化剂合成氨工厂的原料气体净化，其中的有机硫化物、氧化镁、氧化锌、二氧化镁、混合，350分解氧化锌、熔融烧、喷射球锌-锰-镁脱硫催化剂、离子交换法、离子交换法利用载体表面存在可交换的离子，通过离子交换(通常是阳离子交换)将活性成分交换为载体，然后实施适当的后处理。 例如清洗、干燥、烧成、还原得到金

10、属负载型催化剂。 该方法得到的催化剂：也经常采用分散度好的高活性沸石分子筛、离子交换树脂改性。 制造固体催化剂，一般需要干燥后在高温下烧制，除去容易挥发的成分，保证一定的化学组成，目的是使催化剂具有稳定的活性。 使催化剂保持一定的结晶型、晶粒的大小、细孔结构和比表面积。 提高催化剂的机械强度。 3.1.1固体催化剂的高温烧成、成型、活化、催化剂的成型：其粒子的形状和大小，一般根据制造催化剂的原料的性质和工业生产中使用的反应器的需要来决定。 不能成形时，或者破碎强度和耐磨损强度差时，对催化剂的寿命、机械强度、活性有很大的影响，可能会影响破损、磨损、管道堵塞、生产。 催化剂在使用前需要活化，其方法

11、是适度加热除去容易除去的外来物质的方法，小心使用氢、硫化氢、一氧化碳或氯化烃作为燃烧的活性剂。 催化剂的典型的成形方法是将粉碎(将大粒子粉碎成无定形的小粒子)的冲压(用打片机冲压成板状)的板条(用打片机冲压成板状)的板条(用辊涂机涂装成期望的形状)的球上凝聚(用表面张力凝聚成球)并喷射用表面张力在球上凝聚)研磨粉(用研磨机粉碎成粉状)的网(编织成网)其他特殊(化学腐蚀等)催化剂失活，污染：催化剂表面逐渐堆积生锈、粉尘、水垢等惰性的中毒：原料中的极微量杂质使催化剂活性迅速降低的现象。 催化剂的毒物通常分为化学毒物和选择性毒物。 积炭：催化剂在使用中，表面堆积了碳质化合物，减少了可利用的表面积，引

12、起了催化剂活性的衰退。 烧结：催化剂长期在高温下操作，金属融合，晶粒生长，催化剂金属的比表面减少。 挥发和剥落：催化活性成分的挥发或剥落会引起活性成分的流失，其活性降低。 催化剂失活的原因很复杂。 1 .永久失活催化剂活性成分由于某些外来成分的作用(中毒)而失活，可以归纳为经常永久失活的种类。 这些外来成分大多通过催化剂的活性成分和化学反应或离子交换而变化。 酸性催化剂被碱中和的话，贵金属催化剂会被硫化物和氮化物中毒等。 催化剂中毒的失活往往活性迅速下降。 活性成分在使用中因磨损或升华而失去，会永久失活，这种失活常常很难简单地恢复。 2、活性成分被垄断，逐渐失活，永久失活。 反应过程中产生的碳

13、会复盖活性成分，堵塞催化剂的细孔，反应物不能与活性成分接触。 这些被复物可以用一定的方法除去，碳堆积失活的话，就会通过炭烧的再生而复活。 3、错误的操作会引起催化剂的失活，如过高的反应温度、压力的剧烈变动会引起催化剂床层的混乱和粉碎等，这种失活无法恢复。固体催化剂的再生和填充、蒸汽处理空气处理是用酸和碱溶液处理氢气或不含毒物的还原性气体，包装：一般用水桶装，金属桶、纤维板桶输送：轻轻抬起，破碎储藏：防潮、防止污染、防氧化填充：保证气流分布的均匀性，先降低电阻检查支网等，顶部被固定栅条或重惰性物压住而不被吹走的移动方法：布袋法、绳斗法、多节棒法、4.1固体催化剂的比表面积、细孔体积和细孔体积分布

14、，催化剂的性能主要包括活性、选择性和寿命。 影响催化剂性能最大的物理性质主要是比表面积、细孔体积和细孔体积分布。 除了表面积之外，空隙体积、粒子中固体物质的密度、空隙的大小、空隙(细孔容积)分布也影响催化剂性能。 气固相催化反应发生在气固相接触的界面，单位体积的固体催化剂的表面积越大反应越快，因此通常选择多孔性物质来增加气固接触面积。 4.1.1比表面积，定义：每单位质量催化剂所具有的表面积称为比表面积。 Sg单位记载为. g固体催化剂的活性，一部分取决于比表面积的大小。 固体催化剂通常为多孔性，催化剂细孔的几何性质影响全反应速度，固体的表面积显着影响吸附气体的量和催化剂的活性。 4.1.2细

15、孔体积、固体密度、粒子密度和气孔率、细孔体积也称为细孔容积，简称为细孔容积，是指催化剂内部细孔所占的体积，用Vg表示，其单位为g。 细孔容积的测定方法：简单的方法：将已知质量的样品在液体中煮沸，去除细孔中的所有气体后，擦拭外表面并称量，增加的质量除以液体密度，得到细孔容积。 精密法：氦水银法首先测定样品粒子置换的氦体积，其体积只是固体物质所占的体积，用Vt表示，然后除去氦，测定样品粒子置换的汞的体积。 因为在常压下水银不能进入细孔，所以这个体积包括固体物质所占的体积和细孔所占的体积、两体积的差和试料中的细孔体积。 固体密度也称为真密度，是指催化剂固体物质的单位体积(不含孔占有的体积)的质量，用

16、s表示，单位为g。 设样品粒子的质量为Mp，取代氦的体积为Vt，粒子密度是指单位体积催化剂(包括细孔体积)的质量，用p表示，单位为g。 设样品粒子的质量为Mp，代替水银的体积为Vs，气孔率以催化剂粒子的细孔容积占总体积的比例，用p表示。 即，气孔率也可以由粒子密度计算：式中，Mp为粒子质量，g； Vg为细孔容积，g； s是催化剂固体的真密度，g。 p值为0.5位数，表示粒子的约一半为细孔体积，一半为固体物质。 4.1.3细孔体积分布、催化反应的效率不仅与空隙空间的体积有关，还与细孔体积在催化剂中的分布，即细孔容积的分布有关。 孔结构的简单模型将空隙空间模拟为半径r的圆柱形孔。 测定细孔容积分布

17、的方法有水银压入法和氮吸附法两种。 也被称为水银压入法、水银压入法(Mercury intrusion porosimetry简称MIP )、水银空隙率法。 是一种测定部分介孔和大孔孔径分布的方法。 基本原理是水银不被一般固体润湿，水银进入孔需要外压，外压越大水银进入孔的半径就越小。 通过测量在不同的外压下进入孔的水银量，可以知道与孔的大小相对应的孔体积。 现在使用的水银计的使用压力，最大约200MPa的可测量孔的范围： 0.0064 - 950um (孔的直径)。 水银气压计常用于材料科学和工程中，测定混凝土、砂浆等气孔率，表现混凝土内部的气孔等指标。 在油藏的物理模拟中，为了描绘毛细管压力曲线，可以描述很多储