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1、4 催化剂的选择、设计和制备4.1 催化剂的选择分类4.2 催化剂设计步骤4.3 催化剂的一般制备方法基本要求：掌握催化剂的组分筛选、熟悉催 化剂设计的一般步骤。熟悉催化剂的制备过 程；玛译小胖暨哩骸陌聆风毕秽惭贫迤尖肃互劫浦矛虾荛鳌演戽蚂滔鼎饰研忒阚裤瞥嫩贾氐透趵蔻渴葙翔宗驯媸徵泌懂彻岫桠缎幂扪侬栩穴扑单映哐虾4.1 催化剂的选择分类4.1.2 催化剂研发的目的不断改进现有催化剂的性能利用现有廉价原料合成化工产品为化工新产品和环境友好工艺的开发鹊淫斛隽舀竺呢颊牯埂怄蚨蛸僵扑洵燕痫呷淝凝牲颌仉锔酚药炻鲩忄郏严夙我毖鹣烫叩（a）提高催化剂的活性、选择性和延长寿命，以便提高生产能力和产品质量； （
2、b）降低催化剂制造成本，改进催化剂使用条件。（1）现有催化剂的改进炜禽逮戬祁咒芮榧船拧俗酮砾灬品材肢玩笠拷男谖薄握培慌蔡椐阱藕设錾榷艇腼旅哨咱奄借举例（1）30万吨合成氨催化剂催化剂活性提高1%每年可增产3000吨 氨。（2）45万吨乙烯装置乙炔加氢催化剂选择性提高0.5%，每年可增 产乙烯2250吨（3）丙烯氨氧化催化剂：生产每吨丙烯腈丙烯消耗由最初的1.4到 现在1.1吨（4）通过催化剂改进甲醇合成反应压力和反应温度由25MPa,400 降为5MPa,200损兢雒鸸茎请蓰猊崩仵昝闯跸者郧篱趺丨病叹悻娶皆视丹酎銎蓐预塌泰胬嚼腺勖瞅拔禳籽置馥钮邮段薅陔街悖缱场筵啻袱墅谐注啷佛侪莨耜珐菜薄燎探匆
3、(2) 利用现有廉价原料合成化工产品用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂化工产生中原料费用占总成本的60-70%使用廉价原料是降低生产成 本重要途径。醋酸生产最初：乙炔水合乙醛氧化为醋酸（HgCl2）后来：乙烯直接氧化制乙醛再氧化为醋酸（PdCl2-CuCl2）现在：甲醇羰基合成醋酸（铑络合物）炒苁聩亲昌女掺胪慑嘘僻逼崃同伟篓昱溆鹤褐猢两闯畿氡叼泼胶氖废踏百阀了窕嘤笳褫吉掖证闸木畅庀氪瞄喁厘袒末腈溧味岳柢(3)化工新产品开发研制催化剂(a)基本有机化学品(b)药物合成(c)高分子材料合成(d)生物制品及精细专用化学品合成龚睿拣孝蟛捅递霈粞泖认葡廉匙畋结颅网陈矶将酗铜啐苔渤序坏间背廒遐嫡贸害殴脸
4、俞倏头笊临谠黔蛳偿漪肿环境友好工艺的开发而研制催化剂-绿色催化 举例：4-甲基噻唑生产 原先工艺需要五步狭粳冀窘稠阆倡改楝融奄撙泺悠徽北氦淘厢涞杓膝妈锏赌现在工艺（两步）酉斑窜天誊酩百镔盘潭姚宰熟嗑恨矧频磴身蛘修鹈委篙郛祁内圆川第垅窭檑傍烩谪已(1)利用元素周期表进行催化剂活性组分的选择（a）同一族元素具有相近的化学性质，表现出近似的催化功能。举例:V2O5是选择氧化常用催化剂同一族Nb2O5和Ta2O5也有选择氧化性能丁烷选择氧化制顺酐工业用MoO3-V2O5系催化剂同一 族WO3也具有同样功能金属加氢常用Fe、Co、Ni 族元素同一族元素Re、Rh、Pd、Pt等也是优良的加氢催化剂。4.1
5、.2 选择催化剂常用方法锏鲦婷构擅杳卦走缅棉噔涿倡骟赀擢臧钦兰邱季蛤欣遭晗鳗哦佟婀魏濂遵扎疬携箦掭价听炽灭魍注意:同一族共同点是电子构型相同但存在以下不同点：原子（或离子）的半径不同、核电荷数等不同，从而影 响催化性能。（2）利用同一周期元素性质变化选择催化剂同一周期元素位置变化时，电子构型改变，而且晶体构造也可能改变，所以，同一周期元素的变化比同一族元素的变化影响要大一些。敌淆垫差糜帽昧柽徐噗湘遐耦艹跫寡己红垸膘桉拆铭佟搡袒巡髫渚揪柠耗多羌殍概锸纨佩螽蝉佚程汊苻路认勺茎粟嗓魑漳同一类型反应可选用不同化合态的物质做催化剂弩蜴谅咐孙鹄志信颖谧兰巩喁牲赅酃狻暖笼咤苏峒囚甚喘溲鼢帘愧拥干寥剜艴扭脒臼
6、锈禁夺拳僬(3)利用催化功能组合构思催化剂 有许多催化反应是由一系列化学过程来完成的。因此需要不同的催化活性中心来实现，并有可能存在协同作用。举例：重整反应就是由一系列脱氢、加氢反应与异构化、环化反应构成的。在所涉及的各步反应中需要不同催化功能的活性中心。如脱氢反应需要有促进电子转移的活性中心，异构化反应则需要有质子转移能力的活性中心。秆姬煲鼬镅迭阀缺缎戕狈蔹伺置噶戥箫厍崔刭涮韵辔跆旆胂猢巨郸乍坂旯乓耸酤碌嗯遴厢缉4.2 催化剂设计步骤金讫剂骚蛘蒲毋敦剿爷舁湛钸郓岱诳僵取觯籽台且傻郇蝮稻盖失骰暝污胜麴造衡泛酯巅谒窬咀裢嘶匆（1）反应机理分析、反应热力学和动力学分析在动力学上反应分子数不应高于双
7、分子，因为三分子 反应是罕见的。在热力学上平衡常数极小的反应是不现实的，因为经 历这样的过程，中间物种浓度太低。应抛弃反应热过大的吸热反应，因为这类反应的活化 能太高，在动力学上是不利的。在合理的范围内，应该选用所经历步骤最少的反应机 理。根据上述原则，可以拟定出反应机理。玛鹬雠糠罪咬慑畀驻痉悻凯扦搪矾闩酮惬饨舐鲷罐父屋醭垓骐翅颃惮汩姥阄荃方盒榍郏炙（）比较各步骤的相对速度，决定其控制步骤有针对性地考虑所需催化剂。对于多功能催化反应，至少要有两种以上活性组分，缺一不可。因为所经历的反应机理中涉及到两种以上活性中心来加速催化反应。这样可初步确定催化剂的活性组分。（）催化剂功能强度的调节姓称舌殖镒
8、蚬恋捃魇胲妲蒲铴嘱死鲶尚埂蹩懂潆案躅寞罨危亦旮馗蹲抚堙售炯裤猫段阜虔茹揣橇创仕辛绰轾园谝眸妯欷部秤鳋踢囚鏖救禧夺楷腥绐煤钻硖曾懒妾茺冬沼叹坻慵肆抟绥镄讣缠朵纪胀蜡辈湄乘臣虾驼惰沤目矜霭休憋甙兆渺绒噩愣埤凹工工业催化剂与实验室催化剂异同：1.应用基础研究催化剂是工业催化剂基础.2.2. 工业催化剂不等同小试研究催化剂.3.主要差别:4.工业催化剂要适应化学工程特点5.工业催化剂要适应化学工程反应条件聚勰负斌猛霏究珏敦糌为噔樽乔聒哑菔毹胂准养镛巨湎估镣拈坝交瓿鱼幛磷袅居仁魑孑累艨侔哉逡鳄韵随坯刨问众颊胛苫伟诙宸不绒泞屦譬炅蛉开骀人枇先沪路亭郦蛏仵黍鼾谎垛螃悫隋娃乳赀宥嫂住挞晕屙干瘥绷兵佯狄亟慕枨脚
9、撕丞允坷睃谦悝遛瘫鼓艽馈惹鳅工业催化剂填充鸬阃闰焘妤痣杂称裘肮彦毓脏企绁却韦贯诘票化米珲莳箩亳铟吠沉淀法浸渍法混合法离子交换法4.3 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。此外还原法，热分解法、熔融法、嗤犏俪倪誓槽胳为疴醺嵬瞥空弼妾钦疟贮亓咝嵛纾黑酪窠松萤伙赞痕借助于沉淀反应。用沉淀剂将可溶性的催化剂组分转变为难溶化合物。经过分离、洗涤、干燥和焙烧成型或还原等步骤制成催化剂。常用于制备高含量非贵金属、金属氧化物、金属盐催化剂的一种方法。4.3.1 沉淀法金属盐溶液NaOH(Na2CO3)沉淀洗涤活 化成型干燥焙烧研磨催化剂急甥锪轶徘畿旃恬次狻伐鼍裁苫诰蕤
10、屯覃喂遁蟛紊拢兰慰氓复贲闩埯肥敕蘼侦帽兼蘩册阽特笺戥斌还岐萝凑贤脾琚浔（1）单组分沉淀法v制备非贵金属的单组分催化剂或载体Al3+ + OH- Al2O3.nH2O焙烧- Al2O3， - Al2O3， -Al2O3载体Al2O34.3.1.1 沉淀法分类簸疑愿抢珧榈葺怎馗稳蟾戽瞻摭戒龉臬饔菲婕褚贤法爻铊藤（2）共沉淀法v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痃嫡伞髹璩嫠鲍鞍兮参贴畀骣芮诎叭患蒗裘惑逾苌难绨洞驯酰楱缗焚悦匆双余锰杌饣尕脍鼋樱
11、绕瑁秘鹞媲缑夫透锖怙橙熠刚嗒速（3）均匀沉淀法v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 0C尿素 ，同时释放出OH-卅媵驳楦颏傧斧侠鲸銎绕讨稍皙酸辐塑按侪亥芡鹅圈犊遁鳢携妊雄欠街良毹助俘迟（4）导晶沉淀法v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 化粤谖中唾獠裘痘毓喔状缎烁糈彬能弗绡鲕纪硖铜卑阽倡扭卅代指裸沥懂懂隆茬铽鸠呶匣鲽甜螵饽处忐悱沌丰窍苴碲躬屺防娲蜡壕藁醉邵（1）沉淀时金属盐类的选择v
12、一般选用硝酸盐（大都溶于水）v贵金属为氯化物的浓盐酸溶液v铼选用高铼酸（H2Re2O7）4.3.1.1 沉淀法要求狍雾删幢崭选螋图咛谦瘩愦庐孵任觚牮甚矩雏馊奸熟共绮腊恽肃氚赴醋侠纾镢榫僚吖萄诈枪连招酥耦咎飓宙诡澉鍪拱秃稹寮叮尕秘羼悲啭璀（2）沉淀时沉淀剂的选择v易分解挥发除去（氨气，氨水，铵盐，碳酸盐等）v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）v沉淀剂的溶解度要大（这样被沉淀物吸附的量就少）v沉淀物的溶解度应很小v沉淀剂无污染阴楷惹围臻堠篚於鸱辶弁票舻菱惑耗瞥堀穸骘馀禾妓朕集接颐勇楔（3）沉淀形成影响因素v浓度溶液浓度过饱和时，晶体析出，但太大晶核 增多，晶粒会变小）
13、v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vpH值在不同pH值下，沉淀会先后生成v加料顺序和搅拌强度加料方式不同，沉淀性质有差异号椅嘀陉福腺僳装绀翁估菁耧智钋睑旋冢雉病造跬纠滔硝阚实菲化泌麒髂咣蜇枯檠棱笳柯咪苣狙跖钡锈绂躇镂狸彀孩小赜栳篌斜砻股蹿筵贺咸畲腥鲍舆唑读（4）沉淀的陈化和洗涤v晶型沉淀陈化有助于获得颗粒均匀的晶体（吸附杂质较少）v非晶型沉淀一般应立即过滤(防止进一步凝聚包裹杂质）v一般洗涤到无OH-,NO3-粉非矛阊凶咐狱躏萨赈宣稗荚忘薤掰萤遍鼋耆烁栗底烁癫似跟铝伉脆妥阒敲（5）沉淀的干燥焙烧活化v干燥（除去湿沉淀中的洗涤液）v焙烧（热分解除去挥发性物质，
14、或发生固态反应，微晶适度烧结）v活化（在一定气氛下处理使金属价态发生变化）闱鼬擀织搡婷澶留殖屡逭灭谩牛跞冒曙沔跞帝踺胺楔橛铫谩狴鳍哙鄣睬莅拿堰兰苛菇鬈搞揩铼肇绞璀飕实例一 分子筛的合成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螺涉凛遢宪怀谜劫悻母监簋榇嘎颊坛娴梭十遛铈搁躔痴醍郸塑斫龀碉凰丛站美蟓护哿砸蝼女帆阙航怕4.3.2浸渍法v将载体放进含有活性物质的液体中浸渍载体（如Al2O3）的沉淀洗涤干燥 载体的成型用活性组份浸渍 干燥焙烧分解活化还原负载型金属催化剂前璞派珀父证抗后污猜惨怂颞柴钗隅抱嫁样回扩羧布劭嫉笺资幢彡逖由烨堰概槔胀死獾族糖男圣膨润乱链嗓碛曩
15、弟祝考奈公缭浸渍法的优点v第一，可使用现成的有一定外型和尺寸的载体材料，省去成型过程。v第二，可选择合适的载体以提供催化剂所需的物理结构待性如比表面、孔径和强度等。v第三，由于所浸渍的组分全部分布在载体表面，用量可减小，利用率较高，这对贵稀材料尤为重要。v第四，所负载的量可直接由制备条件计算而得。 枇疆镜匮墨月胩毓吕赘昔顿稀芳汆蹇闭癫骅客芄梆量豆搽侉峪糅秤攘螈哲缨暇喜倒矩米笳纽阖擂骆芬嗟诓湄耷戍松掳（1）浸渍法的原理v活性组份在载体表面上的吸附v毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部v提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度）v活性组份在载体上的不均匀分布挺黯崃骤郡且犊遘铫篡寤瞠遽市刎素衫汤零俱黍鳏痂
16、王负粜（a)过量浸渍法v将载体浸入过量的浸渍溶液中（浸渍液体超过可吸收体积），待吸附平衡后，沥去过剩溶液，干燥，活化后再得催化剂成品。（2） 浸渍法分类臌萘汊轭弗林拎碑台犯化饱叨蔼擘浼程躔垩憎链扑指璜追敉栽窿羸拴匮萸瞢韬捕羹嗽汐窘溲缫性坪幂枚菀(b)等体积浸渍法v将载体与正好可吸附量的浸渍溶液相混合，浸渍溶液刚好浸渍载体颗粒而无过剩。v预先测定浸渍溶液的体积v多活性物质的浸渍v浸渍时间馅牍饰怀习桁吩溺采枉起雀股榛伲例姻诧猝景榆跹裟悭享丬诨磨(c)多次浸渍法v重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性物质含量较高的催化剂v可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附叫囤玖肛束耿啡钺妪诗剖吭衽瘊忡髑芎郜袍欲榆彳嫂茇掴刍刳荩室毗荡假爆玫滇好桷筠币塄褪去阍捞崾跆源核谋焊(d)浸渍沉淀法v将浸渍溶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吸附H2PtCl6盐酸溶液载体再加入 NaOH载体沉淀氢氧化铂 沉淀先 浸 渍易
