《工业催化--第十二章 催化剂制备技术新进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业催化--第十二章 催化剂制备技术新进展（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十二章 催化剂制备技术新进展,第一节 微乳化技术与催化剂 一、概述 乳液中的分散相若是单分散、大粒径并具有多孔结构的聚合物微球，可用作催化剂载体。 工业上已采用微乳化技术来制备催化剂载体。 生产出来的催化剂具有活性高，副反应少，反复利用和选择性高，并且催化剂易于回收等优点。 这种聚合物微球还可以制作高效离子交换树脂型催化剂。,微乳液是分散相珠滴直径在10100nm、透明的、热力学稳定的两种不互溶液体的分散体系。 采用微乳化技术制造出的催化剂有非常小的颗粒直径、巨大的比表面积和极高的催化活性。 乳液制备过程中，乳化剂的选择至关重要。乳化剂的选择原则： 1)、必须有好的表面活性和低的界面张力。
2、2)、必须能形成一个被压缩的界面膜。 3)、必须在界面张力降到低值时即时迁移到界面， 即有足够的迁移速率。,二、制备工艺 微乳化技术制备催化剂的典型工艺是氧化硅负载的高活性铑催化剂的制备。 工艺流程见图。三、乳胶粒直径及粒度分布测定 1、 电子显微镜 2、 离心法 3、 水动力色谱法 4、 光散射法 5、 消光法 6、 肥皂滴定法,第二节 稀土元素与催化剂,一、概述 稀土元素在工业上实际应用是从催化剂开始的。以稀土为主体的一系列工业催化剂在石油化工、汽车尾气净化等领域得以应用。 我国是稀土资源大国，我国稀土资源占世界总储量约80，产量世界第一。 稀土在催化剂中的作用大致有以下几点： 1、提高催
3、化剂载体的机械强度； 2、提高催化剂的耐热稳定性； 3、作助催化剂，提高催化活性； 4、节约贵金属，降低催化剂成本。,二、稀土在石油裂化催化剂中的应用 稀土在石油裂化中的应用是裂化催化剂的重大突破，与普通硅铝催化剂相比，具有较高的活性，较好的选择性，使用寿命提高2倍以上。 在石油裂化中使用稀土催化剂， 原油转化率由3545增加到7080， 汽油转化率提高10，产油率增加2550， 炼油成本降低20。,三、稀土在汽车尾气净化催化剂中的应用 汽车尾气已成为当今世界环境的最大污染源。 汽车尾气中的有害成分主要为CO、碳氢化合物、氮氧化合物。 安装催化净化转换器（三效催化剂）是降低汽车尾气污染的主要措
4、施，而转化器的主要活性成分是贵金属。 稀土在汽车尾气净化催化剂中的作用主要有： 1、提高催化剂载体的机械强度； 2、提高催化剂的耐热稳定性； 3、提高催化活性； 4、提高催化剂抗铅中毒的能力； 5、具有三元催化剂性能。,将稀土加入到汽车尾气催化剂中，关键作用是提高载体的耐热性能，以助催化剂形式增加催化活性，节约贵金属，通过对含氧量的调节作用，使催化剂的氧化还原作用能够顺利进行。 稀土在汽车尾气催化剂中的应用，主要体现在三个方面： 1、用含0.54%钇的铬铝钇不锈钢基体代替陶瓷基体； 2、将氧化铈（CeO2）加到铂铑钯为催化剂的氧化铝载体内； 3、将La2O3直接加到铂组催化剂内。,一、纳米微粒
5、催化剂的作用 多相催化剂及载体的尺寸对催化活性的影响会很大，对于给定的固体，其表面积和固体颗粒直径成反比，颗粒越小，它的液固或气固相反应速率越大。 若将颗粒的直径由10m降到10nm，则反应速度有可能增加103倍。 纳米尺寸的金属氧化物用作催化剂的载体或作为催化剂中的一个活性组分有重大研究价值。,二、纳米微粒的制备 纳米微粒通常指指其颗粒尺寸在1100nm之间处于原子族和宏观物体交界的过渡区域的一种体系。 目前世界各国都把对纳米材料的研究作为重点项目，而纳米微粒的制备是首要的课题。 纳米微粒的制备有很多方法，一般可分为： 固相法 液相法 气相法,工业上比较典型的方法是液相法，其方法是： 选择一
6、种或多种合适的可溶性金属盐类，按照所制备材料组成的化学计量比配制成溶液，使各组成单元呈离子态或分子态， 再选择一种合适的沉淀剂（也可以用蒸发、升华、水解等方法）， 使金属离子均匀沉淀或结晶出来； 将沉淀物或结晶物脱水或分解而得到纳米微粒。 这样对于复杂的材料也可以获得化学均匀性很高的纳米材料，而且成本很低，产量也很大，制备方便。,第四节 超临界技术与催化剂,一、用超临界场对催化剂的改性 采用超临界技术制备的改性沸石催化剂的酸性和催化性能明显改善。 超临界场制备的催化剂稳定性比普通方法制备的催化剂好，利用超临界场对催化剂的稳定性有促进作用。,二、利用超临界流体特性制备催化剂 利用超临界流体的两个
7、特性来制备催化剂。 一是通过调节温度和压力可显著改变溶解度的特性，将超临界流体作为负载型催化剂的溶剂； 二是扩散和低粘度的特性可使超临界流体作为向微孔中输送活性组分的溶剂。 目前，超临界流体（Supercritical fluids, SCF）下的多相催化反应研究迅速，特别是环境友好的SCF多相催化反应更为人们关注。,在超临界反应中，CO2、H2O等环境友好流体可代替有机溶剂，其效果与有机溶剂相似，而且廉价、无毒、惰性、来源丰富。 另外SCF相转移催化和SCF酶催化过程也为环境友好的多相催化提供了新途径。 在烷基化反应、氨基化反应、裂解反应、酯化反应、F-T反应、加氢反应、异构化反应、氧化反应
8、等，都有广泛的应用。,第五节 膜分离技术与催化剂,一、概述 膜分离技术是近30年迅速兴起的分离技术，将膜与催化技术结合，诞生了各种膜催化反应器 膜催化反应器特点： 1、膜反应器能移动化学平衡，及时将反应产物迅速移动，大大提高反应转化率，如氨合成反应，CO化碳变换反应。 2、反应产物迅速离开反应体系，可避免副产物产生，提高产物的选择性。 3、反应物可以净化，并且化学反应、产物分离、单元操作都可在一个反应器中进行，工艺简化，可节省投资。,4、膜反应器可以提高转化率，可以降低反应的苛刻度，降低能耗，节约能源。 许多基础研究结果表明膜催化反应技术具有广阔的工业应用前景，但尚存在许多问题： 首先是膜的制
9、备。 其次是高温下设备的密封问题。 再有就是膜的污染与稳定性问题。 还有是催化反应过程的模拟，如何将影响反应器性能的各因素如物料流动方式、反应物组成、催化剂的活性、比表面积、膜的选择性、操作温度和压力等，组合建立较健全的膜反应器模拟方法，仍是一大难题。,二、膜催化反应器的组成形式 形成膜的材料分无机膜和有机膜两种。 膜与催化剂一般以四种形式组合： 1、膜与催化剂是两个分离部分； 2、催化剂装在膜反应器中； 3、膜材质本身具有催化作用； 4、膜作为催化剂的载体。 后两种形式称为膜催化剂或催化膜。,膜反应器分平板型、管型、蜂窝型及螺旋型等多种。 平板型设备简单，但膜催化效率不高。 用的最多的是管型
10、。 催化剂可以在管内，也可以在管外； 进料方式可以并流也可以逆流。 蜂窝型可以提高堆积密度，提高透过面积。 双螺旋型可大大增加膜的透过面积，减少空间。,三、几种典型膜催化剂 1、用于加氢反应的钯合金膜催化剂 2、用于脱氢反应的钯合金膜催化剂 3、加氢脱氢其它膜催化剂 4、其它膜催化剂,第六节 绿色化学化工与环境友好催化剂,一、概述 绿色化学化工将给化学工业和环境工程带来革命性变化。 从一开始就不产生对人体健康、生态环境有害物质，不形成有害废物，利用化学技术和方法减少或消灭这些有害的原料、催化剂、产物和副产物的使用，实现“零排放”化工过程，这是绿色化学和化工的宗旨。 绿色化学致力于与环境友好的化
11、学反应。,对清洁生产的要求是： 第一，清洁生产工艺； 第二，清洁的产品； 第三，清洁的能源。 目前研究的重点之一是开发新的原子经济反应，尤其是环境友好催化剂的研究。 催化是化学工业的基石。发展对环境友好的绿色化工，新型催化剂、新的催化方法的开发和应用是关键所在。 环境友好的催化过程含环保催化、能源催化、酶催化等过程和生物及化学传感器。,二、绿色化工用固体酸催化剂 固体酸用于酸催化反应能克服传统酸催化对设备腐蚀及与产物分离困难等问题。 固体酸包括杂多酸、超强酸、混合氧化物、沸石分子筛、离子交换树脂等。 虽然固体酸对一些化学反应的催化活性还远不如液体强酸高，有些工艺尚不完善，但前景十分乐观。 近年来，新型分子筛催化材料的开发和应用就是一个典型实例。,
