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3工业催化剂的制备和使用教学教案.ppt
第三章 工业催化剂的制备和使用 ;催化剂性能
催化剂是催化工艺的灵魂,它决定着催化工艺的水平及创新程度。
催化剂的化学成分不足以推知其催化性能。工业催化剂的活性、选择性和稳定性不仅取决于它的化学组成,也和物理性质有关。
催化剂的物理特性,如形状、颗粒大小、物相、比重、比表面积、孔结构和机械强度等,都会影响它对某一特定反应的催化性能,影响到反应动力学和流体力学的行为。
在催化剂使用过程中机械强度下降,造成催化剂的破碎及粉化,就会使催化剂床层的压力降大大增加,催化剂的效能显著下降。
催化剂的机械强度既与组成物质的性质有关,也与制备方法有关。;催化剂制造过程
一般的天然矿物或工业化学品不能直接用作催化剂,须经过化学或物理加工,得到规定组成、结构、形状要求的催化剂。催化剂制造通常涉及以下过程
1) 基体的生产
工业上,将已基本上除去了不必要的组分,有效组分间已形成初步结合的固体半成品称为基体。
基体:具备了催化剂所必要的组分。在结构上各组分间的结合关系巳具备了催化剂所需的物理化学结构的雏型。
;2) 成型
成型:将物料制成特定的几何形状和尺寸的工序。使催化剂能在机械强度上符合要求,在使用中符合反应器中流体力学条件的要求。
3) 活化
通过活化处理使基体转变为符合最终组成和结构要求的催化剂。
催化剂的制备方法很多。由于制备方法的不同,尽管原料用量完全一样,但所制得的催化剂性能可能有很大的差异。因此,必须慎重选择制造方法,并严格控制。;第一节 工业催化剂的制备;一 沉淀法
1. 沉淀过程和沉淀剂的选择
2. 沉淀过程的影响因素
3. 均匀沉淀法与共沉淀法
4. 沉淀物的过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型和还原操作
二 浸渍法
1. 载体的选择和浸渍液的配制
2. 活性组分在载体上的分布与控制
3. 浸渍方法
4. 浸渍颗粒的热处理过程
三 混合法
四 离子交换法
五 熔融法:高温
六 固体催化剂制备方法的新进展;一. 沉淀法;沉淀物的化学组成和物理结构对催化剂性能有很大影响,沉淀物的晶??、形状、粒子大小及沉淀速度等与沉淀物质种类有关,也随沉淀条件(溶液浓度、温度、pH、沉淀剂种类、加入方式、溶剂、搅拌、老化条件、洗涤条件等)的不同而变化。
控制好沉淀条件是保证催化剂质量的关键。; 溶液处于过饱和介稳态中,分子或离子不断碰撞,在范德华力作用下相互粘附,局部区域的分子聚集成簇团,再通过晶体生成化学键,聚集体固化。这种簇团达到临界粒度后,稳定地发展而不消失,形成晶核。
在晶核形成过程中,分子或离子聚集通常不是无序的,而是按照固相晶格有序排列,一次碰撞不一定就排列在晶格中,常是几个分子先形成松散的簇团,它们在溶液中局部过饱和度较小的地方可能消失,在局部过饱和度较大的地方再不断地碰撞而聚集起来。如此多次反复的有效碰撞,发展成晶核。; 形成晶核后,溶质在晶核上不断地沉积,晶粒不断长大。
晶粒长大过程相似于化学反应的传质过程,分两步:
溶质分子向晶粒的扩散过程;
溶质分子在晶粒表面的沉淀反应过程。;晶型沉淀和无定形沉淀; 硅胶、硅铝胶等结合羟基多(其中还结合有水分子),结构复杂,分子极性较小,溶解度极微,故其聚集速率远大于定向速率,因而易生成无定形的凝胶状沉淀。;1.2 沉淀剂的选择;(2) 形成的沉淀物便于过滤和洗涤。
沉淀可分为晶形和非晶形两种,晶形沉淀又有粗晶和细晶。晶形沉淀带入的杂质少,便于过滤和洗涤。
尽量选用能形成晶形沉淀的沉淀剂。
盐类沉淀剂:形成晶形沉淀
碱类沉淀剂:生成非晶形沉淀; 沉淀剂的溶解度应大些。
提高阴离子的浓度使金属离子沉淀完全;沉淀剂溶解度大则吸附在沉淀物上的量就少,容易洗涤。
形成沉淀物的溶解度应小些。
沉淀反应愈完全,原料消耗愈小,这对于贵金属尤其重要。
沉淀剂必须无毒。
不应使催化剂中毒或造成环境污染。;2. 沉淀过程的影响因素;2.1 溶液的浓度; 升高温度,过饱和度降低,使晶核生成速率减小,而有利于晶核的长大
降低温度,过饱和度增大,晶核生成的速率提高
温度与晶核生成速率关系曲线上出现一极大值;碱性物质作沉淀剂,pH的影响特别显著。
如制备Al2O3时,用碱沉淀铝时在同样的制备条件下,pH不同,所得水合氧化物晶相不同。;顺加法
把沉淀剂加到金属盐溶液中称为顺加法;由于金属盐溶度积不一样,出现先后沉淀。
逆加法
把金属盐溶液加到沉淀剂中称为逆加法;在整个沉淀过程中pH是一变值。
并加法
把沉淀剂和金属盐溶液同时按比例加到沉淀槽。避免了上述两类情况,
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