催化剂制备方法讲稿.ppt
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1、关于催化剂制备方法第一页,讲稿共七十三页哦催化作用 改变化学反应的速度,控制反应方向和产物构成反应物产物催化剂催化剂反应物第二页,讲稿共七十三页哦催化剂的特性 加快化学反应的速度,但不进入化学反应计量 催化剂对反应有选择性 只能加速热力学上可能的反应 不改变化学平衡的位置第三页,讲稿共七十三页哦催化剂的分类 多相反应固体催化剂(石化工业应用最多) Al2O3/SiO2催化裂化生产汽油催化裂化生产汽油 均相反应配合物催化剂(精细化学品、聚合) 茂金属络合物生产聚乙烯 酶催化剂(生物化工)第四页,讲稿共七十三页哦固体催化剂的构成 主催化剂(如,合成NH3中的Fe) 载体(如,Al2O3 ) 助催化
2、剂(如,合成NH3中的K2O)第五页,讲稿共七十三页哦类别类别功能功能状态状态催化剂例催化剂例反应例反应例金属:金属: 多金属多金属簇,合簇,合金金加氢加氢 脱氢脱氢 氢解氢解 (氧化氧化)负载负载低负载的低负载的 Pt/Al2O3 , Ru/ SiO2Pt-Ru /Al2O3 , Ni-Cu / Al2O3催化重整催化重整高负载的高负载的 Ni / Al2O3 , Co / 硅藻土硅藻土甲烷化甲烷化多孔多孔Raney Ni , Co 等等 Fe-Al2O3-K2O油脂加氢油脂加氢合成氨合成氨整体整体Pt网网 , Ag网网氨氧化氨氧化催化材料的类别催化材料的类别1、主催化剂材料的选择、主催化剂
3、材料的选择第六页,讲稿共七十三页哦类别类别功能功能状态状态催化剂例催化剂例反应例反应例氧化氧化物物 硫化硫化物物氧化氧化 脱氢脱氢 脱硫氮脱硫氮 (加氢加氢)单一单一Al2O3 ,Cr2O3 ,V2O5醇脱水醇脱水二元二元SiO2- Al2O3 , TiO2- Al2O3复合复合BiTiO3 ,CuCr2O4 ,Bi2MoO6 丙烯氨化氧化丙烯氨化氧化烧结烧结NiO-CaAl2O4负载负载NiO / Al2O3 , MoO3 / Al2O3MoS2 / Al2O3 , WS2 / Al2O3加氢脱硫加氢脱硫酸酸裂化裂化二元的共凝胶二元的共凝胶SiO2 - Al2O3催化裂化催化裂化聚合聚合结晶
4、结晶沸石沸石异构化异构化天然粘土天然粘土蒙脱土蒙脱土烷基化烷基化超强酸超强酸超强酸超强酸SbF5HF ,卤化物卤化物/ 载体载体第七页,讲稿共七十三页哦 调变性助催化剂调变性助催化剂 助催化剂导入主催化剂结构,形成固溶体,助催化剂导入主催化剂结构,形成固溶体,改变主催化剂性质和改变主催化剂性质和分散度分散度 改变主催化剂的本征活性和选择性。强化主催化剂的优点、改变主催化剂的本征活性和选择性。强化主催化剂的优点、克服其缺点克服其缺点 结构性助催化剂结构性助催化剂 要有高的熔点,不与活性组分发生化学反应要有高的熔点,不与活性组分发生化学反应对于催化反应是惰性的对于催化反应是惰性的 不与活性组分发生
5、化学变化不与活性组分发生化学变化 助催化剂材料的选择助催化剂材料的选择第八页,讲稿共七十三页哦催化剂(用途)催化剂(用途)助催化剂助催化剂功能功能Al2O3 (载体及催化剂载体及催化剂)SiO2增加热稳定性增加热稳定性ZrO2 , P K2O阻抑活性中心上的积炭阻抑活性中心上的积炭HCl增强酸性增强酸性MgO减缓活性组份烧结减缓活性组份烧结SiO2 / Al2O3 (裂解催化剂及粘接剂)(裂解催化剂及粘接剂)Pt增强增强CO的氧化作用的氧化作用 Pt / Al2O3 (催化重整)(催化重整)Re 减轻烧结、提高稳定性减轻烧结、提高稳定性化工应用的助催化剂的实例化工应用的助催化剂的实例第九页,讲
6、稿共七十三页哦催化剂(用途)催化剂(用途)助催化剂助催化剂功能功能MoO3 / Al2O3(加氢精制,脱硫,脱氮加氢精制,脱硫,脱氮)Ni, Co增强增强C-S链和链和C-N键氢解键氢解Ni / 陶瓷载体陶瓷载体 (水气变换水气变换)K改善消碳作用改善消碳作用Cu /Zn / Al2O3 (低温变换低温变换)ZnO减轻减轻Cu的烧结的烧结Fe3O4 (氨合成氨合成) K2O电子给与体,促进电子给与体,促进N2解离解离Al2O3 结构性助催化剂结构性助催化剂Ag (环氧乙烷合成环氧乙烷合成)碱碱增加选择性,阻止晶粒增增加选择性,阻止晶粒增大,稳定某些氧化态。大,稳定某些氧化态。化工应用的助催化剂
7、的实例化工应用的助催化剂的实例第十页,讲稿共七十三页哦 载体的选择载体的选择 载体共性较多,范围相对较小载体共性较多,范围相对较小化学方面:化学方面: 与活性组分相互作用与活性组分相互作用物理方面:物理方面: 机械强度,导热性机械强度,导热性载体宏观结构载体宏观结构第十一页,讲稿共七十三页哦载体载体比表面积比表面积 (m2 . g-1)用途用途g g-Al2O3 160250催化多种反应催化多种反应a a-Al2O3 510乙炔选择加氢,选择氧化乙炔选择加氢,选择氧化硅酸铝硅酸铝1801600催化裂化,脱水,异构化催化裂化,脱水,异构化硅胶硅胶200800NOx 还原(环保)还原(环保)TiO
8、240200邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸活性碳活性碳6001800乙炔制醋酸乙烯酯,贵金属催化剂选择加氢乙炔制醋酸乙烯酯,贵金属催化剂选择加氢刚玉陶瓷刚玉陶瓷0.51乙烯制环氧乙烷乙烯制环氧乙烷重要的催化剂载体重要的催化剂载体第十二页,讲稿共七十三页哦载体载体典型表面典型表面积积 /m2 g-1典型孔径典型孔径/nm载体载体典型表面典型表面积积 /m2 g-1典型孔径典型孔径/nm高表面积高表面积氧化硅氧化硅20080025氧化镁氧化镁约约200约约2低表面积低表面积氧化硅氧化硅0.10.6260氧化钍氧化钍约约8012氧化铝氧化铝()0.150.52氧化锆氧化锆15030
9、0氧化铝氧化铝 (g g)150400不同孔径不同孔径氧化铬氧化铬803502常见载体的宏观物理性质常见载体的宏观物理性质第十三页,讲稿共七十三页哦催化剂制备的要点 多种化学组成的匹配 各组分一起协调作用的多功能催化剂 一定物理结构的控制 粒度、比表面、孔体积第十四页,讲稿共七十三页哦催化剂的一般制备方法 不同制备方法,成分、用量相同,但催化剂的性能可能不同 沉淀法 浸渍法 混合法 离子交换法第十五页,讲稿共七十三页哦一、沉淀法 沉淀剂加入金属盐类溶液,得到沉淀后再进行处理金属盐溶液NaOH(Na2CO3)沉淀洗涤活化成型干燥焙烧研磨催化剂NH3.H2O第十六页,讲稿共七十三页哦单组分沉淀法
10、制备非贵金属的单组分催化剂或载体Al3+ + OH- Al2O3.nH2O焙烧a- Al2O3, g- Al2O3, h-Al2O3载体载体Al2O3第十七页,讲稿共七十三页哦共沉淀法 多个组分同时沉淀(各组分比例较恒定,分布也均匀)Cu(NO3) 2 Zn (NO3) 2 Al (NO3) 3 溶液Na2CO3三元混合氧化物沉淀pH中性合成甲醇CuO-ZnO-Al2O3第十八页,讲稿共七十三页哦均匀沉淀法 金属盐溶液与沉淀剂充分混合后,逐渐改变条件得到颗粒均匀、纯净的沉淀物尿素调节碱性(NH2)2CO + 3H2O 2NH4+ + 2OH- + CO2加热到90-100 oC尿素,同时释放出
11、OH-第十九页,讲稿共七十三页哦导晶沉淀法 借助晶化导向剂引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀X,Y分子筛合成分子筛合成原料加晶种高结晶度晶化无定型物X,Y晶体转化第二十页,讲稿共七十三页哦沉淀时金属盐类的选择 一般选用硝酸盐(大都溶于水) 贵金属为氯化物的浓盐酸溶液 铼选用高铼酸(H2Re2O7)第二十一页,讲稿共七十三页哦沉淀时沉淀剂的选择 易分解挥发除去(氨气,氨水,铵盐,碳酸盐等) 形成的沉淀物便于过滤和洗涤(最好是晶型沉淀,杂质少,易过滤洗涤) 沉淀剂的溶解度要大(这样被沉淀物吸附的量就少) 沉淀物的溶解度应很小 沉淀剂无污染第二十二页,讲稿共七十三页哦沉淀形成影响因素浓度 溶液浓度过饱和时
12、,晶体析出,但太大晶核增多,晶粒会变小) 温度 低温有利于晶核形成,不利于长大,高温时有利于增大,吸附杂质也少pH值 在不同pH值下,沉淀会先后生成 加料顺序和搅拌强度 加料方式不同,沉淀性质有差异第二十三页,讲稿共七十三页哦沉淀的陈化和洗涤 晶型沉淀陈化有助于获得颗粒均匀的晶体(吸附杂质较少) 非晶型沉淀一般应立即过滤(防止进一步凝聚包裹杂质) 一般洗涤到无OH-,NO3-第二十四页,讲稿共七十三页哦沉淀的干燥焙烧活化 干燥(除去湿沉淀中的洗涤液) 焙烧(热分解除去挥发性物质,或发生固态反应,微晶适度烧结) 活化(在一定气氛下处理使金属价态发生变化)第二十五页,讲稿共七十三页哦实例一 分子筛
13、的合成 NaY原粉Na型丝光沸石混合水玻璃硫酸铝偏铝酸钠氢氧化钠成胶晶化过滤洗涤干燥第二十六页,讲稿共七十三页哦 g g Al2O3 和和h h Al2O3 1、酸法沉淀工艺、酸法沉淀工艺 硫酸铝粉碎硫酸铝粉碎 密度密度 1.2 1.23 Al2(SO4)3 同时配同时配 20%(wt) Na2CO360 70 水水实例二活性氧化铝的制备(沉淀法)活性氧化铝的制备(沉淀法) 配制硫酸铝溶液:配制硫酸铝溶液:第二十七页,讲稿共七十三页哦预预热热沉沉淀淀过过滤滤洗洗涤涤熟熟化化过过滤滤洗洗涤涤干干燥燥碾碾磨磨煅煅烧烧并流混合并流混合pH=56 不断搅拌不断搅拌5060 蒸馏水蒸馏水, SO42-
14、不显不显 为止为止氨水溶液氨水溶液60, 4 h pH 9.510.5200/cm100 110200目目500oC电炉电炉活化活化6 hAl2(SO4)3Na2CO3 g g- Al2O3 第二十八页,讲稿共七十三页哦q 沉淀剂种类沉淀剂种类 用用Na2CO3 NH4OH NaOH 作沉淀剂,制得假一水软铝作沉淀剂,制得假一水软铝石脱水得石脱水得g g Al2O3g gAl2O3 硬而透明,耐磨性能和抗压性能强硬而透明,耐磨性能和抗压性能强 用用NaAlO2 沉淀剂,沉淀剂,pH 8.69.6中和,制得中和,制得- 三水铝三水铝石,脱水得到石,脱水得到 h h Al2O3h hAl2O3 较
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