工业催化-概念汇总.docx

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1、名词解释令 催化剂：是一种能够改变化学反应的速率，而本身不参与最终产物的物质。（催化剂参 与了反应，但经过一次化学循环后又恢复到原来的组成。）/一种能够改变一个化学反应 的反应速度，却不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中不被明显消耗的化 学物质。令催化作用：催化作用是一种化学作用，是靠用极少量而本身不被消耗的一种叫做催化剂 的外加物质来加速化学反应的现象。/加速反应而不影响化学平衡的作用。e活化能：反应分子在反应过程中克服各种障碍，变成一种活化体进而转化成产物分子所 需的能量，称为活化能。令 分子筛：在沸石晶体内部，有许多大小相同的微细孔穴，孔穴之间也有很多直径相同的 孔相通。由于它

2、具有强的吸附能力，可以将比其孔径小的物质排斥在外，从而把分子大 小不同的混合物分开，好像筛子一样，因此，人们习惯上把这种沸石材料叫做分子筛。羽号至囱二.多 布格鳗受控弊物空京二_ 锣然峰自面朝合号a X、 L，Z%隼 毛 碎福隆隔浸婚裙（后如粉入峪 优 造加 险工酗法遴 W物工盼多呼加兔乘0咒：彳诟3庠:fo”4!纳皆b条鼎 ，至为导：片“血当3舫如 仇/ 周怒军八如44仃没隹 z，4-， H。,用工 外（J 力）q% 俄石戏）. /-* - 一力 催化剂活性：是对催化剂加快化学反应速率程度的一种度量。是催化剂效能（改变化学 反应速度能力）的高低。令 选择性：催化剂对反应类型、反应方向和产物的

3、结构具有选择性，是用来衡量催化剂抑 制副反应能力的大小。令 机械强度：指催化剂抗拒外力作用而不发生破坏的能力。今 寿命：指催化剂在使用的条件下维持一定活性水平的时间（单程寿命）。或者每次活性 下降后经再生而又恢复到许可活性水平的累计时间（总寿命）。寿命，是对催化剂稳定 性的总括描述。令 转化率：是对反应物而言，指某一反应条件下，某反应物已转化的物质的量与该反应物 起始物质的量的百分比。今 空速：在流动体系中，物料的流速（单位时间的体积或质量）除以催化剂的体积就是体积空速或质量空速，单位为s空速的倒数为反映物料与催化剂接触的平均时间。令 时空得率：STY,为每小时，每升催化剂所得产物的量。令 收

4、率：某反应物转化为目的产物的量与该反应的起始的物质的量的百分比。令 催化剂活性中心：固体的催化剂表面结构是不均匀的，只有表面上某些特定的原子结构 电荷密度，几何形貌的部位，对特定的化学反应才具有催化能力。令 中毒：由于有害杂质（毒物）对催化剂的毒害作用，使活性、选择性、或寿命降低的现 象，称为催化剂中毒。中毒指原料中极微量的杂质导致催化剂活性迅速下降的现象。令 积碳：碳化物中元素碳的吸出或沉淀于催化剂中。令 烧炭：是以水使碳气化而消去的水煤气反应。令 多相固体催化剂：催化剂和反应物处于不同相，催化剂为固体，气-固相催化剂和液-固 相催化剂，从化学成分上看，这类工业催化剂主要含有金属、金属氧化物

5、或硫化物、复合氧化物、固体酸、碱盐等以无机物构建其基本材质。令 均相配合物催化剂：在化学组成上通常由所称的金属和环绕在其周围的金属离子、或中 性分子组成。令 共沉淀法：是将催化剂所需的两个或两个以上组分同时沉淀的一种方法。其特点是一次 可以同时获得几个催化剂组分的混合物，而且各组分之间的比例较为恒定，分布也比较 均匀，分散性和均匀性好。令 助催化剂：是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性，改善催化剂的耐热性，抗毒性， 机械强度和寿命等性能组分。令 过量浸渍法：本法系将载体进入过量的浸渍液中（浸渍液体积超过载体可吸收体积）， 待吸附平衡后，沥去过剩溶液，干燥，活化后得催化剂成品。令 积分反应器：

6、即一般实验室常见的微型管式固定床反应器，在其中装填足量数十至数百 毫升的催化剂，以达到较高的转化率。催化剂床层首尾两端的反应速度比较大，沿催化 剂床层有较大的温度和浓度梯度。利用这种反应器获取反应速率数据，只能代表转化率 （或生成率）对时空的积分结果，因此定名为积分反应器。令 催化剂宏观物理性质：颗粒直径及粒径分布、机械强度、抗毒稳定性、比表面积与孔结 构。令 工业催化剂的全新开发：即这一催化过程以前是没有的，必须设计一种新的催化剂，使 这一催化过程能有效地进行，并且具有工业使用价值。令 催化剂活性：经过焙烧后的催化剂（或半成品），多数尚未具备催化活性，必须用氢气 或其它还原性气体，还原成为活

7、泼的金属或低价氧化物，这步操作称为还原，也称为活 化，其他活化方法还有硫化、氧化等。令差热分析（DTA, D-Differential）:在程序控制温度条件下，测量样品与参比物之间的温度 差与温度关系的一种热分析方法。令 钝化：活化逆操作，将活性催化剂缓慢处理回到氧化状态。令 结构助催化剂：能使催化剂活性物质粒度变小、表面积增大，防止或延缓因烧结而降低 活性的助催化剂。令 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（温度、时间、PH值）， 使沉淀剂母体在体系内逐渐转变为沉淀剂，从而得到颗粒均匀、纯净的沉淀物。令 浸渍沉淀法：先浸渍后沉淀。是某些贵金属浸渍型催化剂常用的方法。将浸渍溶

8、液渗透 到载体的空隙，然后加入沉淀剂使活性组分沉淀于载体的内孔和表面。令离子交换法：是利用载体表面存在着可进行离子交换的离子，将活性组分通过离子间的 交换（一般是阳离子交换）而附载在载体上的方法。令 催化剂的活性评价：对催化剂效能高低的考察和定量描述。令晶胞常数：晶胞中对整个晶体具有代表性的最小平行六面体称为晶胞，一种纯的晶态物 质在正常条件下晶胞数是一定的。令 中型评价实验：评价装置的催化剂体量介于微小型评价装置与大型工业装置之间，催化 反应的原料则与工业大装置一致。令催化剂反应通道设计：在催化剂开发使用前通过进行必要的热力学计算，估计一些可能 的反应通道，并作出计算，用来确定催化剂开发与使

9、用条件。简答题令 举例说明催化剂在国计民生中的作用。如合成氨催化剂合成NH3工业，对于世界农业的发展乃至对人类物质文明的进步，都 是具有重大历史意义的事件。NH3是世界上最大的工业合成化学品之一，主要作为肥 料，正是合成氨铁系催化剂的发展和应用，才实现了用工业的方法从空气中固定氮，进 而廉价的得到氮，最初的合成NH3选气工艺利用水电解或利用水煤气置换制氢，成本 昂贵。随着天然气或石脑油（清油）水蒸气转化制氢。催化剂的开发，使合成NH3工 业得到廉价的氢来源，早期合成氨原料气净化，用铜氨液吸收脱除CO,流程复杂，成 本昂贵，生产环境条件差，在CO低温交换和用烧化催化剂开发成功后，采用甲烷化法 脱

10、除CO和C02,各种问题，迎刃而解。许多类似的事例都说明，没有催化剂领域科学 和技术进步。便不会有合成氨工业的今日面貌。令 催化剂的形状对催化剂的哪些性能会产生影响？固定床、移动床、流化床和悬浮床等对 催化剂有什么要求？1）会对催化剂的活性、选择性、强度、阻力等性能2）固定床用催化剂：其强度力度允许范围较大，可以在比较广的条件范围内操作。流动床用催化剂：由于催化剂需不断移动，机械强度要求高，形状通常为无角的小球。 流动床用催化剂：为了保持稳定的流化状态，催化剂必须具有良好的流动性能，所以流 化床常用直径为20-150微米或更大直径的微球颗粒。悬浮窗用催化剂：为了在反应时使催化剂颗粒在液体中易悬

11、浮循环流动，通常用微米极 至毫米级的球形颗粒。令 固体催化剂成型的选择应该考虑哪些因素？1）成型前物料的物理性质；2）成型后催化剂的物理、化学性质。令 固体催化剂有几种成型方法？1）压片成型；2）挤条成型；3）油中成型；4）喷雾成型；5）转动成型。令 简述Y形和ZSM-5型分子筛的制备方法。1）通常生产Y型分子筛所用的硅酸钠是模数（即S2O3/Na2O摩尔比）3.03.3的浓度 较高的工业水玻璃，用时稀释。偏铝酸钠、氢氧化钠与水玻璃反应生成硅铝酸钠，称为 成胶。成胶后的硅酸钠胶粒一定温度和时间晶化成晶体，再洗涤晶体即得Y型分子筛。 2）将硫酸钠、氯化钠、硫酸铝、以及硅酸钠等按一定配比和加料方式

12、，加入热压釜中， 反应保持一定的时间和温度，凝胶、结晶、洗涤、焙烧后，得钠型ZSM-5分子筛。令表示固体催化剂微观物理性能的参数有哪些？表面活性；金属粒子大小及其分布；晶体物相（晶相）；晶胞参数；结构缺陷；催化剂 表面的化合价态及电子状态、电学和磁学性质。令催化剂的基本特征是什么？1 .加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。2 .催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。3 .催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。 4.催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。5 .催化剂不改变化学平衡，意味着对正

13、方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。令为什么沉淀陈化对所制催化剂性能有显著影响？因为在陈化过程中，沉淀物与固液一起放置一段时间（必要时保持一定温度）时，由于 细小晶体比粗大晶体溶解度大，溶液对于大晶体而言已达到饱和状态，而对于细晶体尚 未饱和，于是细晶体逐渐溶解，并沉淀于粗晶体上。如此反复溶解、沉积的结果，基本 消除了细晶体，获得了颗粒大小较为均匀的粗晶体。此外，孔隙结构和表面积也发生了 相应的变化。由于粗晶体总面积较小，吸附杂质较小，在细晶体中的杂质也随溶解过程 转入溶液。令 催化剂活性评价中如何排除内扩散的影响？排除内扩散影响的最好办法是通过不太复杂的试验来确定催化剂粒度。对于一个选定

14、反应器，改变评价催化剂的颗粒大小，测定其反应速率。如果不存在内扩散控制，其反应 速率保持不变令 选择主催化剂从“活性样本”推断的基本思路是什么？从过去至今对于某一催化反应或某一些类型的若干催化反应的研究（如氧化还原反应、 取代反应等），常常发现不同催化剂所显示的活性，显现规律的变化，因为我们要着手 设计的催化反应，与过去已经研究过的某些催化反应有某些类似之处，因此把这种局部 经验或规律当作“活性样本”以提供一个催化活性的定性概念，这可以缩小范围，减少 实验工作量。令 主催化剂（活性组分）选择时，从“吸附和吸附热”推断催化活性基本观点是什么？ 一般认为多项催化反应中，反应物在催化剂作用下转变成生

15、成物分以下步骤：1）反应 气体通过扩散接近催化剂；2）反应气体和催化剂表面发生相互作用，即发生化学吸附； 3）由于吸附，反应物分子的键变松弛或断裂，或同其他吸附分子相结合在催化剂表面 发生原子和分子重排，即发生化学反应；4）新生成的分子作为生成物向气相逸散，即 产生脱附。化学吸附是多项催化过程必经的步骤。令调变形助催化剂及其选择的原则？调变形助催化剂能在一定范围内改变主催化剂的本证活性和选择性。选择原则：强化主 催化剂的优点，而克服其缺点。令 多相固体催化剂一般由哪三部分组成？多相固体催化剂一般由主催化剂、共催化剂和助催化剂、载体组成。主催化剂：起催化 作用的根本性物质。共催化剂：能和主催化剂

16、同时起作用的部分。助催化剂：具有提高 主催化剂的活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组 分。载体：是活性组分的分散剂、胶粘剂和支撑物，起增大表面积、提高耐热性和机械 强度的作用。令 形成晶形沉淀的条件是什么？舄:禹遨会编毯停用型侬级. 甫层甯初的隘际盾函做觐.，一治性蚱密唯嫂族解向仔偿且夕*率率成朝料傩.4不上7微.掾华荻盛钠为理傕%用住做稔躯操作温度过高为什么会引起工业催化剂性能的衰退？论述题令简述焙烧在催化剂制备中所起的作用？1）通过物料的热分解，除去化学结合水和挥发性物质（如CO、C02、NH3等），使之 转化为所需要的化学成分，其中可能包括化学价态的变化；2

17、）借助固态反应，互融， 再结晶，获得一定的晶型、微粒粒度、孔径和比表面积等；3）让微晶适度地烧结，提 高产品的机械强度。令 以合成氨催化剂为例，说明用热熔法制备熔铁催化剂的性能影响因素。向粉碎过的电解铁中加入作为催化剂的三氧化二铝、石灰、氧化铁等氧化物粉末，充分 混合，然后装入细长的耐火瓷舟中，在900-950摄氏度温度下，置于氢气或氮气的气流 中烧结，再向这种烧结试样中，按需要量均匀注入浓度为20%的硝酸钾溶液，吹氧燃烧 熔融。熔融时，上述原料必须逐步少量加入，操作反复进行。影响因素：催化剂燃料的性质和助剂配方、熔炼温度、熔炼次数、环境气氛、熔浆冷却 速度。令 催化剂载体选择时应考虑的因素有

18、哪些？1）化学方面：比活性，活性组分间的相互作用，催化剂失活和反应物或溶剂无相互作 用。2）物理方式：比表面积，孔隙率，颗粒尺寸与形状，机械稳定性，热稳定性，堆 密度，活性相稀释，可分离等。令 用数学模拟方法与催化剂使用技术的密切结合，工业催化剂的操作设计可以解决哪几方 面的问题？1）工业催化反应器操作分析及其优化；2）进行催化反应器的性能核算；3）催化剂寿 命预报；4）更换催化剂的经济评价。令 为什么有时要对催化剂进行钝化操作？处于活化态的金属催化剂，在停车卸出前，有时需要进行钝化。否则，可能因卸出催化 剂突然接触空气而氧化，剧烈升温，引起异常升温或燃烧爆炸。令催化剂失活的原因有哪些？主要是

19、玷污、烧结、积碳、组分流失和中毒。令 什么是化学性中毒？什么是选择性中毒？化学性毒物：毒物比反应物能够更强烈地吸附在催化剂活性中心上，由于毒物的吸附导 致反应速率的迅速下降，这个过程是由于毒物和催化剂活性中心形成较强化学键，从而 改变了表面的电子状态，甚至形成一种稳定的无活性的新化合物。选择性毒物：有些催 化剂毒物不是损害催化剂的活性，而是使催化剂对复杂反应的选择性变坏。令 工业催化剂使用中化学性毒素的特点和危害是什么？特点：毒物比反应物能够更强烈地吸附在催化剂活性中心上，由于毒物的吸附导致反应 速率的迅速下降，这个过程是由于毒物和催化剂活性中心形成较强化学键，从而改变了 表面的电子状态，甚至

20、形成一种稳定的无活性的新化合物。危害：使催化剂活性降低甚至丧失，导致反应速率迅速下降。令 催化剂活性测定方法分为流动法和静态法。令积分反应器的优缺点？优点：与工业反应器甚相接近，且常常是后者的按比例缩小，对某些反应可以较方便的 得到催化评价数据的直观结果。缺点：热效应大，反映床层轴向和径向温度不均一和恒 定，反应速率数据可比性较差。令微分反应器的优缺点？优点：1）热效应小，易达温要求，反应器中组成的浓度盐催化床的变化很小，一般可 以看作是恒定，故在整个催化剂反映床层中反应温度可以看作恒定，可以从实验上直接 测到与确定温度相对应的反应速率；2）反应器构造相对简单。缺点）所得数据常是 初速；2）分

21、析要求精度高。令常用的测定总比表面积的方法有哪两种？1） BET法；2）色谱法测定活性比表面积的方法有化学吸附法和色谱法。令 经典的BET法的依据是什么模型？该模型的假设是什么？经典的BET法的依据模型是理想吸附（或称兰格缪吸附）的物理模型。假设：1）固体 表面上各个吸附位置从能量角度而言都是等同的，吸附时放出的吸附热是相同的。2）每个吸附位置只能吸附一个顶点，而已吸附质点之间的作用力则认为可以忽略。令 通常将催化剂中的孔按孔径大小分为三个部分，孔半径小于10mm为细孔，10200mm 为粗孔，大于200mm为大孔。大孔可用光学显微镜直接观察和压汞法直接测定，气体 可用气体吸附法。令 电子显微

22、镜在催化剂研究中的应用有哪些？用电子显微镜可观察到催化剂外观形貌，进行颗粒度的测定和晶体结构的分析，同时还 可研究高聚物的结晶，催化剂的组成与形态以及高聚物的生长过程，齐格勒-纳塔体系 的催化剂晶粒大小，晶体缺陷等。令x-射线结构分析在催化剂研究中的应用有哪些？在催化剂研究中主要用于测定晶体物质的组成，晶胞常数和微晶大小，也有用于比表面 积和平均孔径及粒子大小分布的辅助测定，x射线荧光分析还用于元素的定性或半定量 分析。令 热重曲线上阶梯的位置，高度和斜度各表示什么？阶梯位置-失重顺序；高度-失重比例；斜度-失重速率。令陈述工业催化剂开发经历的步骤？资料准备-催化剂参考样品的剖析-配方筛选-小

23、试-扩大实验-（中型制备试验-中型评价 试验）-新型催化剂的工业生产，试用和换代开发。令 画出dowden建议设计的催化剂设计程序图靶反应-化学计量分析-热力学分析-分子反应机理-表面反应机理-反应通道-催化剂性 质-催化剂材料-推荐的催化剂令 元素周期表中的过渡金属元素常作为催化剂活性组分和助催化剂使用，请说明为什么？ “d区”过渡金属在催化剂中有最为成功的应用，其元素的原子最外层电子为d层原子 轨道结构，尤其是7组常被人们称为催化金属族。“s区”过渡金属中的I A族碱金属， 由于在催化条件下易于成离子状态，常作为助催化剂使用。令 多相催化反应的一般机理是什么？外扩散一内扩散一化学吸附一表面

24、反应一脱附一内扩散一外扩散1）起始原料通过边界层向催化剂表面扩散；2）起始原料向孔的扩散；3）孔内表面反 应物的吸附；4）催化剂表面的反化学反应；5）催化剂表面产物的脱附；6）离开孔产 物扩散；7）脱离催化剂令论述防止工业催化剂衰退的对策？1）在不引起衰退的条件下使用；2）增加催化剂自身的耐久性；3）衰退催化剂的再生： 连续地再生（升华造成的损失）,反应后再生（积碳）；采用容易再生催化剂的反应条件。 令如何控制浸渍条件以获得活性组分不同分布的催化剂？浸渍液中活性组分含量多于载体内外表面能吸附的活性组分的数量，以免出现孔外浸渍 液的活性组分已耗尽的情况，分离出过多的浸渍液后不要马上干燥，要静置一

25、段时间, 使吸附、脱附、扩散达到平衡，使活性组分均匀分布在孔内的孔壁上；对于贵重金属, 加入适量的竞争吸附剂。令 简述沉淀法制备催化剂中，影响沉淀形成的主要因素。浓度：溶液浓度过饱和时，晶体析出，但浓度太大，晶核增多，晶粒会变小（晶形沉 淀稀，非晶形沉淀一浓？）。温度（影响过饱和度）：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（晶形沉淀/非晶形沉淀一热，通常70-80OC,但不可过高防止溶解度增大 造成的损失）。pH值：在不同pH值下，沉淀会先后生成（混合晶体的形成）。加料顺序和搅拌强度：加料方式(正加、反加、并流)选择不当时，多种金属离子的 氢氧化物沉淀会先后生成，而不

26、是同时生成，搅拌强度不同(晶形-缓慢，非晶形-迅 速？)。综合设计题令Pd/C催化剂是工业和实验室常用加氢催化剂，一般负载量5%或10%,采用浸渍沉淀法 制备。现提供如下原料和试剂:10%HNO3、活性炭粉末、蒸储水、PdCh、浓盐酸、NaOH. 石营试纸、水和月井(NH-NH,)、甲察。试设计制各该催化剂的具体方法，写出原理和制备 步骤。以下是一种重整催化剂的实验室制法。以市售高纯度的Y-AI2O3为载体原料。其中 AI2O3 含量大于 99.9%,预压成为 cp4.233mmX4.233mm(pl/6inXl/6in)的圆柱体。载浸 体比表面积250m2/g,吸水率0.56mL/g。将载体

27、加热至539摄氏度，冷却后，在室温下 使足量的氯粕酸溶液浸人其中，使成品催化剂中含粕0.1%0.8%。浸渍后沥出，120摄 氏度干燥过夜，在205593摄氏度范围内加热4h,再于593摄氏度下加热lho制成后 密封贮存。该催化剂投用前必须在反应器中于高温下用氢气还原。我体(99.9%AhO3)成型加/6/6英寸Qj预处理：比&而250m2O.56ml/gQj 5400c加热、冷却、没渍铝狐酸020.61& 120C 干燥5| 一温活化还一590焙烧分解CuO-ZnO-AL2O3催化剂的制备，选用那种方法最合适，写出其制备过程？令镇系催化剂在工业上广泛应用于煌类水蒸汽转化，采用多次浸渍方法制备。现提供原料 如下:Ni(NO3)2、预烧结AI2O3、蒸储水、H2。试设计制备该催化剂的具体方法，写出 制备步骤，提出必要的仪器装置。加2。3十铝酸钙水泥+石墨+水成型叼 预处理：120干燥、1400一焙烧，得载体 叼熔融浸渍硝酸银1020%也|干燥、活化焙烧分解熔融浸渍硝酸集10-20%干燥、活化焙烧分解负载型银催化剂仪器：小试中试：鸿翔、马弗炉、箱式干燥器 大型生产：气流或沸腾床、转式窑炉、隧道窑