工业催化剂概述

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1、第一章 工业催化剂概述1. 举例说明催化剂在国计民生中的作用。P2答：（一）合成氨;（二）合成甲醇;（三） 催化剂与石油炼制及合成燃料工业 ;（四）基础无机化学工业用催化剂 ;（五）基本有机合成工业;（六）三大 合成材料（合成树脂与塑料、合成橡胶、 合成纤维）;（七）精细化工及专用化 学品;（八）生物化学工业;（九）环境 化学2. 1976 年国际纯粹及应用化学协 会公布的催化作用的定义是什么？ P12答：催化作用是一种化学作用，是靠用 量极少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。3. 什么是催化剂的基本特征？ P13 答：催化剂能够加快化学反应速率， 但本身并不进

2、入化学反应的计量。 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。 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。 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。 催化剂不改变化学平衡，意味着对正 方向有效的催化剂，对反方向的反应也 有效。4. 为什么催化剂只能改变化学反 应的速度，而不能改变化学平衡的位 置？ P14答：在一定外界条件下某化学反应产物 的最高平衡浓度，受热力学变量的限 制。换言之，催化剂只能改变达到（或 接近）这一极限值所需要的时间，而不 能改变这一极限值的大小。5. 为什么对正方向有效的催化剂

3、对反方向的反应也有效？ P14 答：催化剂不改变化学平衡，故对正方 向有效的催化剂，对反方向的反应也有 效。换言之，正反应的催化剂也是逆反 应的催化剂。6. 根据聚集状态如何对催化剂进 行分类？ P15 答：液体、固体、气体7. 按工艺和工程特点如何对催化 剂进行分类？ P17 答：多相固体催化剂；均相配合物催化 剂；酶催化剂。8. 主催化剂的定义是什么？ P18 答：起催化作用的根本性物质，没有它， 就没有催化作用。9. 共催化剂的定义是什么？ P18 答：能和主催化剂同时起催化作用的组 分。10. 助催化剂的定义是什么？ P18 答：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

4、性、抗毒性， 机械强度和寿命等性能的组分（通常本 身无催化活性或具很低的活性）。11. 助催化剂可分为哪几类？它们 各自的定义是什么？ P18 答：（1）结构型助催化剂：使催化活性 物质粒度变小，表面积增大，防止或延 缓因烧结而降低活性等（2）电子型助催化剂：由于合金化使空d轨道发生变化，通过改变主催化剂 电子结构，提高活性和选择性。（3） 晶格缺陷助催化剂：使 活 性物质晶面的原子排列无序化，通过增 大晶格缺陷浓度提高活性。12. 载体的定义是什么？ P19答：催化活性组分的分散剂、粘合剂或 支载物。多数情况，载体本身是没有活 性的惰性固体物质，它在催化剂中含量 较高。13. 均相配合物催化

5、剂在化学组成 上是由什么组成的？ P22 答：均相配合物催化剂在化学组成上是 由通常所称的中心金属（M）和环绕在其 周围的许多其他离子或中性分子（即配 位体）所组成的。14. 均相配合物催化剂的缺陷是什么？ P22答：催化剂分离回收困难，需要稀有贵 重金属，热稳定性差及对反应器腐蚀严 重等。15. 固体非均相催化剂的优缺点是 什么？ P24答：优点：其气液相产物易于与固相催 化剂分离。需要简单的设备条件和有限 的操作，催化剂耐热性好，过程易于控 制，产品质量高。缺点：多相催化机理复杂，相间现象变 得重要，扩散和吸收、吸附等所有因素， 对反应速率起着重要的作用，表面反应 机理的分析困难，难于在实

6、验室研究清 楚。16. 均相催化的优缺点是什么？ P24答：优点：均相催化的机理，易于在实 验室研究清楚，易于表征。均相配合物 可溶于反应介质，分子扩散于溶液中， 不受相间扩散的影响，因而其活性比多 相催化剂高。缺点：催化剂的分离、回收及再生工艺 操作复杂。均相配合物催化剂所用的中 心金属，多采用一些贵金属，国内资金 缺乏。均相配合物催化剂的热稳定性 差，限定了其反应温度的提高，反应转 化率低 ，催化剂耗损大。均相配合物 催化剂对金属反应器腐蚀严重。17. 催化剂为什么具有催化活性？P26答：催化剂能够降低所催化反应的活化 能；而它之所以降低所催化反应的活化 能是因为在催化剂的存在下，改变了非

7、 催化反应的历程。第二章 工业催 化剂的制造方法1、写出沉淀法的一般操作步骤。 答：是在搅拌的情况下把碱类物质 （沉 淀剂）加入金属盐类的水溶液中，再将 生成的沉淀物洗涤、过滤、干燥和焙烧， 制造出所需要的催化剂前驱物。2、单组分沉淀法的用途是什么？ 答：制备非贵金属的单组分催化剂或载 体。3、共沉淀法的用途是什么？答：制备高含量的多组分催化剂或催化 剂载体。4、举例说明均匀沉淀法。答：为了制取氢氧化铝沉淀，可在铝盐 溶液中加入尿素溶化其中，混合均匀 后，加热升温到90100 C，此时溶液 中尿素水解释放出OH- （90-100C）：（NH2）2CO+H2ONH4+OH-+CO2T 氢氧化铝沉

8、淀即在整个体系内均匀而 同步地形成。尿素的水解速度随温度的 改变而改变，调节温度可以控制沉淀反 应在所需要的OH-离子浓度下进行。5、选择沉淀剂有何原则？ 答：（1） 尽可能使用易分解挥发的沉淀 剂；（2）形成的沉淀物必须便于过滤和洗 涤；（3）沉淀剂的溶解度要大；可能被沉淀 物吸附的量较少，洗涤脱除残余沉淀剂 等也较快。（4）沉淀物的溶解度应很小；使沉淀反 应完全，原料消耗量少。（5）沉淀剂必须无毒，不应造成环境污 染。6、沉淀形成的影响因素是什么？ 答：浓度，温度， PH 值，加料方式， 搅拌强度9、何谓陈化？如何进行陈化？沉淀的 陈化如何影响催化剂性能？ 答：1）沉淀的陈化：沉淀在形成后

9、发 生的一切不可逆变化。2）陈化操作:沉淀形成后不立即过滤, 而将沉淀物与其母体一起放置一段时 间。3）在沉淀过程中，沉淀物与母体一起 放置一段时间时，由于细小的晶体比粗 大的晶体溶解度大，溶液对于大晶体而 言已达到饱和，而对于细小晶体尚未达 到饱和，于是细晶体逐渐溶解，并沉积 于粗晶体上。如此反复溶解、沉积的结 果，基本上消除了细晶体，获得了颗粒 大小较均匀的粗晶体。此外，孔隙结构 和表面积也发生了相应的变化。而且， 由于粗晶体总表面积较小，吸附杂质较 小，在细晶体之中的杂质也随溶解过程 转入溶液。此外，初生的沉淀比一定具 有稳定的结构，他们与母体在高温下一 起放置，将会变成稳定的结构。某些

10、新 鲜的无定形或胶体沉淀，在陈化过程中 逐渐转化而结晶也是可能的。10、沉淀是如何带入杂质的？ 答：表面吸附、形成混晶（固溶体）、 机械包藏等。11、如何减少或避免杂质的引入？ 答：（ 1）针对不同类型的沉淀，选用适 当的沉淀和陈化条件（ 2）在沉淀分离后用适当的洗涤液洗 涤（ 3）必要时进行在沉淀12、在催化剂制备中如何进行洗涤？ 答：溶解度较小的非晶形沉淀，应该选 择易挥发的电解制稀溶液洗涤，减少形 成胶体的倾向。温热的洗涤液容易将沉 淀洗净。洗涤常用倾析法和过滤法。13、干燥的目的是什么？ 答：用加热的方法脱除已洗净湿沉淀中 的洗涤液。14、焙烧的目的是什么？答：（1）通过物料的热分解，

11、除去化学 结合水和挥发性物质，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）借助固态反应、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。第三章 催化剂性能的评价、 测试和表征1. 比速率的概念（体积比速率、质 量比速率、面积比速率）。转化率的定 义、空速、空时、时空得率、选择性、 收率、单程收率P72答：体积比速率=1 勺 单位为mol/ （cm3.s）质量比速率=壬七单位为mol/ zm dt（g.s）面积比速率=t.于单位为 mol/（cm2.s）转化率的定义为反应物A已转化的物质的量（mol）X =A反应物A

12、起始的物质的量（mol）xioo%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。时空得率：即常用指标STY.选择性：S=所得冃的产生的物质的量-已转化的某一关键反应物的物质的量xioo%收产物中某一类指定的物质总量原料中对应于该类物质的总量100%单Y=牛成冃的产物的物质的量起始反应物的物质的量xioo%2. 气-固相催化反应的历程和机理P74把化学物种所经历的化学变化基元步 骤序列称做“历程”把包括吸附、脱附、物理传输和化学变 化步骤在内的序列关系称做“机理”3. 积分反应器、微分反应器、无梯度反应器的优缺点P75答：积分反应器的优点：它与

13、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地得到 催化剂评价数据的直观结果;在分析 上不要求太高的精度；缺点：难以维持反应床层轴向和径向 温度的均一和恒定；床层内的温度梯 度难以确切设定；所得反应速率数据 的可比性较差。微分反应器的优点： 在整个催化剂床层内反应温度可以 视为近似恒定；反应器的构造相对简 单；缺点：所得数据常是初速，而又 难以配出与该反应在高转化条件生成 物形成相同的物料作为微分反应器的 进料；分析要求精度高。无梯度反 应器的优点：可以通过直接而又准确 地求出反应速率数据；不必像管式反 应器那样严格限制。4. 评价与动力学试验的流程和方 法P80答:

14、催化剂活性评价装置的心脏是固体 催化剂的反应器，以反应器为中心组织 起实验的流程。5. 如何设计实验排除内扩散的影 响P82答:排除内扩散影响的最好办法是通过 不太复杂的实验来确定,对于一个选定 的反应器，改变待评价催化剂的颗粒的 大小，测定其反应速率，如果不存在内 扩散控制，其反应速率将不变。6. 如何设计实验排除外扩散的影 响P82答：安排两个实验，在两个反应器中催 化剂的装块量不等，其他条件相同，用 不同的气流速度进行反应，测定随气流 速度变化的转化率。7. 催化剂的粒径测定方法P89答：沉降X射线光透法、电镜-小型图 像法、激光全散射技术。8. 机械强度测定方法P9192 答：压碎强度

15、测定、磨损性能试验。9. 什么是催化剂中毒？毒物有哪 些？ P92答：由于有害杂质（毒物）对催化剂的 毒化作用，使活性、选择性或寿命降低 的现象，称为催化剂中毒。毒物有： 含硫化合物一h2s cos cs2 rsh R1SR2 噻吩 RSO3H H2SO4含 氧化合物一O2 CO CO2 h2o等。 含P、As、卤素化合物，金属化合物、 金属有机物。10. 评价和比较催化剂抗毒稳定性 的方法？ P93答：在反应器中加入如一定浓度的有 关毒物，而后换用纯净原料进行试验， 视其活性和选择性能否恢复，若为可逆 性中毒，可观察到一定程度的恢复。 在反应器中逐量加入有关毒物至活性 和选择性维持在给定的水准上,视能加 入毒物的最高浓度。将毒物的催化剂 通过再生处理，视其活性和选择性恢复 的程度，永久性中毒无法再生。11. 催化剂比表面积的测定方法？P93答：BET法和色谱法一总比表面积 化学吸附法和色谱法一活性比表面积。12. 叙述BET法测单一比表面积的 原理。P93答：基于理想吸附的物理模型，假定固 体表面上各个吸附位置里从能量角度 而言都是等同的，吸附时放出的吸附热 相同；并假定