[]第10章工业催化剂设计.ppt

* 第十章 工业催化剂设计 10.1 工业催化剂设计方法 三个层次 （1）原子分子水平上的设计 （2）介观尺寸上的设计 （3）宏观尺度上的设计 分类 （1）框图程序设计方法 （2）反应类型设计法 （3）计算机辅助设计法 10.1.1 框图程序 1968年 由英国学者W.A.dowden提出。 见图10—2 总体设计程序 由英国学者D.L.Trimm提出。见图10—3 数值触媒学 20世纪60年代，由日本学者米田幸夫提出。见图10—4 推荐的催化剂设计框图程序 综合以上几位学者的意见后建议的催化剂设计框图如下 10.1.2 催化剂主要成分设计 方法分类 （1）基于催化理论设计活性组分 键合理论：价键理论、分子轨道理论、晶体/配位场理论 能带理论 （2）基于活化模式或经验规则设计活性组分 10.1.3 催化剂次要成分设计 主要成分催化效果不理想时，可考虑加入次要组分， 一般量很少，但效果却很大 主要有：助催化剂、抑制剂、隔离剂等等 次要组分设计方法分类 （1）对症下药法 烃的异构化催化剂不希望酸性太大导致产物裂化——加碱 （2）机理研究法 弄清机理，精细调节——不容易搞清机理 10.2 催化剂类型设计法 10.2.1 块状金属催化剂 （1）熔融态金属催化剂 （2）骨架金属催化剂 结论： （1）两种不同的制备方法导致不同的亚微观态和宏观结构 （2）只有熔融法才能得到最佳的催化状态 熔融法催化剂的制备主要控制两个方面： （1）组成物料的熔融过程 （2）原子分散体系的精心控制固相化（见图10-7） （2）骨架金属催化剂 20世纪20年代，M.Raney 发明了骨架镍， 后来又有了骨架铜（Ni-Al，Cu-Al合金） 及Co、Pt、Pd的二元合金， 再后来又发展为加入少量Mo、Cr、Zn的三元合金 最常用的仍然是骨架Ni和骨架Cu——加氢反应 优点： 易以活性金属相的形式贮存（负载型需要以氧化态存在） 制备简单、均匀性及重现性好、颗粒易控制 比表面高（Ni可达100m2/g,Cu达30m2/g） 10.2.2 负载金属催化剂 10.2.2.1 金属催化剂活性理论分析 d%特征百分数极重要！通常在40-50%（工业催化剂） 重要的过渡金属d%值列于下表（表10-2） 不同金属加氢活性的顺序如下 RhPdPtNiFeWCrTa 加氢活性与d%的关系见下图（图10-10) 10.2.2.2 活性组分的负载 常用方法：理浸渍法、离子交换法、化学沉淀法等 根据具体反应类型的不同，可以选用活性非均匀分布 10.2.2.3 载体的作用及功能 载体组成能强烈影响金属的活性 金属与载体间的强相互作用成为SMSI （1）如载体不迁移（高于500℃热处理时） 强相互作用发生在金属粒子与载体间——金属组分在 载体表面上分散开，以环岛状负载（见10-12a） （2）如金属熔点高且载体迁移 强相互作用表现为金属被载体氧化物润湿——金属粒 子被包封（见10-12b） 能够显示SMSI效应的载体氧化物在热处理是都可以被还原 不能显示SMSI效应的载体氧化物在热处理是都不可被还原 所以 载体氧化物可以被部分还原是导致金属粒子被包封、表现出 SMSI效应的必要条件之一 10.3 计算机辅助催化剂设计 催化剂设计的思想来自于于英国人D.A.dowden 计算机辅助催化剂设计的思想来自于日本的米田幸夫 计算机辅助设计的目的 （1）寻求、编排、分析已有的信息 （2）帮助进行必要的计算以提高催化剂的开发速度 目前已有部分利用计算机辅助催化剂设计的成功实例 但更多情况是：只能在一定程度上帮忙 10.4 固体催化剂设计新思路 10.4.1 借助酶催化原理于非生物质固体催化材料合成的思路 见图10-14及图10-15 *