催化工程复习资料.docx

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1、1 ,催化作用的特征？ 1.催化剂只能加速热力 学上可以进行的反应，而不能加速热力学上无法进 行的反应。2,催化剂只能加速反应趋于平衡，而不 能改变平衡的位置。3.催化剂对反应具有选择性。 4,催化剂的寿命2,催化剂的性能指标？活性的含 义？选择性的含义？活性的几种表示方法？性能 指标：活性、选择性、稳定性活性的含义：衡量催 化剂效能大小，表示催化剂加快化学反应速率程度 的一种度量。选择性的含义：指所消耗的原料中转 化成目的产物的分率。活性的几种表示方法：L 转化频率2.反应速率3.转化率4.反应温度5.活 化能6.比活性3.载体催化剂的作用？电子型和结 构型助剂的区别？作用：1 .提供有效的

2、表面和适宜 的孔结构2.增强催化剂的机械强度，使催化剂具 有一定的形状。3.改善催化剂的传导性。4.较少活 性组分的含量。5.载体提供附加的活性中心。6.活 性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用。区 别：结构型助催化剂的作用主要是提高活性组分的 分散性和热稳定性。电子型助催化剂的作用主要是 改变主催化剂的电子结构，促进催化活性和选择 性。表面催化反应包括哪几个步骤？本征动力学反 应由什么控制？如何消除外扩散影响？如何消除 内扩散影响？步骤：1 .反应物分子从气流中间向催 化剂表面和孔内扩散。2.反应物分子在催化剂内表 面上吸附。3.吸附的反应物分子在催化剂表面上相 互作用或与气相分子作用进行

3、化学反应。4.反应产 物自催化剂内表面脱附。5,反应产物在孔内扩散到 反应气流中去。本证动力学：1、5为反应物、产 物的扩散过程，属于传质过程，与催化剂的流体结 构和流形有关；2为反应物分子的化学吸附，3为 吸附分子的表面反应或转化，过渡金属为什么能作 为催化剂？过渡金属电子结构的作用是什么？原 因：催化剂的作用在于加速反应物之间的电子转 移，这要求催化剂既具有接受电子的能力，又有给 出电子的能力，由于过渡金属元素的最外层或次外 层都没有填满电子。电子构型特征：最外层有1-2 个S电子，次外层有1-10个d电子，Pd的最外层 无S电子。特性：金属电子结构的能带模型、键 价模型、配位场模型d穴（

4、d带空穴）与催化活性 d%（杂化轨道中d原子轨道所占的百分数）与催 化活性六.影响金属化学吸附性能因素有哪些？影 响活性和选择性因素有哪些？影响化学吸附性能 的因素：金属的分散度、载体的作用、金属的晶格 缺陷即点缺陷与线缺陷、结构敏感性和非敏感性、 金属的形状、大小等。影响活性选择性因素：几何 因素（晶格缺陷即点缺陷和线缺陷、晶格间距、晶 体结构、取向、颗粒大小、分散度等），电子因素 （电子结构、d带空穴和d%含量、化学键特性等）。 七.酸度和酸强度的含义？测定B酸与L酸的方 法？酸度：固体酸表面上的酸量，通常表示为单位 重量或单位表面积上酸位的毫摩尔数,酸量也称作 酸度，指酸的浓度。酸强度：

5、指给出质子的能力（B 酸强度）或者接受电子对的能力（L酸强度），酸 强度表示酸与碱作用的强弱,是一个相对量。方法: 用此咤做探针然后做原位红外。1 .毗咤吸附在B酸 中心上形成此咤离子，其红外特征吸附峰之一在 1540cm-1处。2此咤吸附在L酸中心上形成配位 络合物，特征吸附峰在1447-1460cm-1处。八、为 什么SiO2-A12O3会有酸性？ B酸与L酸相互转化 的条件？酸性：根据Tanable规则规定，凡是电荷 不平衡就会有酸性产生，所以这种混合物有酸性; 电荷为正过剩则产生L酸，电荷为负过剩则产生B 酸。1.A12O3为主要成分时，主要成分的氧原子配 位电荷数决定了所有氧元素的配

6、位电荷数，故氧的 配位电荷数为-3/6=-1/2,所以SiO2中氧的配位电 荷数也是-1/2,而一个Si原子与四个氧原子相配 位，于是每一个Si-0键上电荷数为（4/4-1/2） *4=+2,由于正电荷过剩，所以A12O3-SiO2呈酸 性。2.SiO2为主要成分时丁 氧的配位电荷数为-4/4, 而一个A1原子与六个氧原子相配位，于是每一个 A1-O键上电荷数为（3/6-4/4） *6=-3,由于负电荷 过剩，故SiO2-A12O3呈酸性。九、决定酸/碱催化 剂活性和稳定性的基本因素 酸量、酸强度、酸的 种类、酸位的性质酸位的性质。大多数的酸催 化反应是在B酸上进行的各种有机物的乙酰化 反应，

7、要用L酸位催化 有些反应，如烷基芳煌 的歧化，要求在B酸位上的发生和非常强的B酸 酸强度。固体酸催化剂表面，不同强度的酸位可 能有不同的催化活性；强酸位是催化异构化反应的 活性部位，弱酸位是催化脱水反应的活性部位酸 量（酸浓度）。在酸强度一定的范围内，催化活性 与酸量之间或呈线性关系或非线性关系十、半导体 催化剂的晶体结构有什么不同？本征半导体：不含 杂质，具有理想的完整的晶体结构，具有电子和空 穴两种载流子，Ef在满带和导带之间。N型半导 体：晶体结构中含有能供给电子的杂质，Ef在施 主能级和导带之间，如 Zn0,Fe203,Ti02,V205,Cu0o P 型半导体：晶体中 含有易于接受电

8、子的杂质，Ef在受主能级和满带 之间，如 NiO,CoO,Cu2O,Cr2O3,PbO。H-一、影响 半导体催化剂活性和选择性的因素有哪些？如何 提高半导体催化剂活性与选择性？因素:催化剂的 活性与反应物、催化剂表面局部原子形成的化学吸 附键性质密切相关，化学吸附键的形成和性质与各 种因素有关，对半导体催化剂而言，其导电性是影 响活性的主要成分之一。半导体催化剂能加速以电 子转移为特征的氧化、加氢和脱氢等反应。与金属 催化剂一样亦是氧化还原型催化剂，其催化性能与 电子因素和晶格结构有关。主要为N型半导体和P 型半导体。N型半导体，影响为1 .正离子过剩2. 负离子缺位3.高位电子的同晶取代4.

9、掺杂；P型 半导体，影响为1 .正离子缺位2.低价正离子的同 晶取代3,掺杂。十二、合成氨催化剂的组分及各 部分的作用？如何提高其活性、选择性？组分： Fe-A12O3-K2O作用：Fe为活性组分，其作用是加 速合成氨反应趋于平衡。A12O3为结构助剂，其作 用为A12O3与活性铁形成了固熔体，稳定了铁原 子晶格的最具活性的晶面，有效的阻止了铁的烧 结，使催化剂的活性提高。K2O为电子助剂，其 作用为将电子传给铁，使铁原子的电子密度增加I, 提高铁的活性。十三、如何控制浸渍条件以获得活 性组分各种分布的催化剂？要获得活性组分的均 匀分布,浸渍液中活性组分的含量要多于载体内外 表面能吸附的活性组

10、分的数量，并且分离出过多的 浸渍液后，不马上干燥，要静置一段时间，使吸附、 脱附、扩散达到平衡，使活性组分均匀的分布在孔 内的孔壁上。对于贵金属催化剂，还要加入适量的 第二组分作为竞争吸附剂。十四、煨烧的目的是什 么？如何控制活性组分的分布？目的：1.除去易挥 发的物质，保留一定的化学组成，从而使催化剂具 有稳定的活性。2.使催化剂保持一定的晶形、晶粒 大小，孔隙结构和表面。3.提高催化剂的机械强度。 如何控制：焙烧过程一般为吸热过程，所以升高温 度邛军低压力或降低气体分压有利于焙烧时分解反 应的进行，焙烧温度并不是越高越好，在实际操作 中焙烧通常在略高于催化过程的温度下进行。十 五、催化剂的

11、形状不同对催化剂的性能有何影响？ 如何确定催化剂的影响？影响：催化剂的几何形状 和颗粒大小是根据工业过程的需要而定的，因为它 们对流体阻力、气流的速度梯度、温度梯度及浓度 梯度等都有影响，并直接影响实际生产能力和生产 费用。确定：根据催化反应过程的实际情况，如使 用反应器的类型、操作压力、流速、床层允许的压 降、反应动力学及催化剂的物化性能、成型性能和 经济因素等综合起来考虑，正确的选择催化剂的外 形及成型方法，以获得良好的工、也催化过程。十六、 热分析在催化剂研究中有什么应用？催化剂制备 条件的选择、催化剂组成的确定、活性组分单层分 散阈值的确定、研究活性金属离子的配位状态及其 分布、研究活

12、性组分与载体的相互作用、固体催化 剂表面酸碱性表征、催化剂老化和失活机理的研 究、沸石催化剂积炭行为的研究、吸附与反应机理 的研究、十七、沉淀法制备工业催化剂如何选择原 料、沉淀条件？沉淀时金属盐类的选择：1 .一般选 用硝酸盐2.贵金属6为氯化物的浓盐酸溶液3.铢 选用高铢酸（H2Re2O7）沉淀剂的选择：1,易分解 挥发除去2.形成的沉淀物便于过滤和洗涤3.沉淀 剂的溶解度要4.沉淀物的溶解度应很小5.沉淀剂 无污染沉淀条件：浓度、温度、溶液Ph值、加料 顺序等优点：一次可以同时获得几个催化剂组分的 混合物，而且各个组分之间的比例较为恒定，分布 也比较均匀，其沉淀法的分散性和均匀性较好，是

13、 它较之于混合法的最大优势。缺点：单组份沉淀法 和多组分沉淀法会出现沉淀剂与待沉淀组分的混 合不均匀，沉淀颗粒粗细不等，杂质带入较多等现 象。均匀共沉淀法可以克服此现象。十八、影响分 子筛的酸度和酸强度的因素有哪些？改变酸度和 酸强度的方法有哪些？因素：1 ,表面酸度的作用： 2.表面羟基的转化：3.酸量与焙烧温度的关系：方 法：控制离子置换程度、提高焙烧温度、表面羟基 的转化、提高硅铝比十九、如何评价一个催化剂？ 在估量一种催化剂的价值时，通常认为有四个重要 的指标，即活性、选择性、稳定性和价格。从工业 生产的角度来说，首先追求的是选择性，其次是稳 定性,最后是活性;而对新开发的工艺及其催化

14、剂, 首先追求高活性，其次是高选择性，最后才是稳定 性。催化剂的表面积、孔结构、密度、机械强度等 物理量也是评价催化剂好坏的重要因素。二十、金 属催化剂的动态分析？ TPD、TPR图谱的分析TPD 应用：表征固体酸催化剂表面酸性质研究金属 催化剂的表面性质研究脱附动力学参数TPD的 定性分析：1 .脱附峰的数目表征吸附在固体物质表 面不同吸附强度吸附物质的数目。2.峰面积表征脱 附物种的相对数量。3.峰温度表征脱附物种在固体 物质表面的吸附强度。（吸附物种的数目-峰面积、 吸附物种的强度-峰温、活性位的数目-峰面积的大 小、脱附反应级数、表面能量分布即活化能）TPR 应用：负载金属与载体间相互作用的研究。分子筛的催化 作用：1 .酸催化作用2.择形选择性3.双功能催化作用4. 氧化作用表征手段：红外光谱（IR）、电子光谱、光电子 能谱（XPS）、固态核磁共振（MASNMR）、质谱（MS） 技术等、氢氧滴定脉冲色谱法（HOT）