第七章催化剂的选择,制备,再生分解.ppt

* 第七章 催化剂的选择、制备、使用与再生 主要内容 催化剂的选择分类 1 选择催化剂常用的方法 2 催化剂的制备与预处理 3 催化剂的失活与再生 4 §7.1催化剂的选择分类 根据选择目的分三类： 1. 不断改进现有催化剂的性能； 2. 利用现有廉价原料，为合成有用的化工产品寻找合适的催化剂； 3. 为化工新产品和环境友好工艺开发研制。 一、现有催化剂的改进 1. 提高催化剂的活性、选择性、长寿性，以提高产品质量和生产能力； 2. 寻找制备催化剂的廉价原料和简单方法，以降低成本； 3. 改进催化剂使用条件，如降温降压等，从而降低生产操作费用； 二、 利用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂 例：醋酸生产 活性高（转化100%），选择性(99%) 50年代 60年代 70年代 例：顺酐生产 50年代 60~70年代 1974年 低碳原料研究火热 三、 为化工新产品和环境友好工艺开发催化剂 聚合物在生活中的应用： 衣物（聚酯、尼纶、腈纶） 鞋底（聚丙烯） 沙发、家具、包装袋（聚亚胺酯） 防弹衣（聚对苯撑苯二甲酰胺，二十几种催化剂） L-多巴(L-二羟基苯丙氨酸)（消旋） 4-甲基噻唑（杀菌剂） 老工艺： 新工艺： 主要内容 催化剂的选择分类 1 选择催化剂常用的方法 2 催化剂的制备与预处理 3 催化剂的失活与再生 4 §7.2 选择催化剂常用的方法 一、 利用元素周期表进行催化剂活性组分选择 1. 电子构型（同族）： 氧化型：V2O5，Nb2O5，Ta2O5; 氧化制顺酐：MoO3-V2O5，WO3-V2O5; 加氢：VIII族; 酸催化剂：IIIA~VIIA族, Al2O3, SiO2-Al2O3 碱催化剂：IA~IIA族, Na、K、NaOH、K2O 2. 原子半径、荷电数： 如碱土金属Be、Mg、Ca、Sr、Ba交换分子筛 3. 同周期影响：电子构型变化、晶体结构变化 4. 同一类型反应可以选用不同化合态催化剂： 二、 利用催化功能组合构思催化剂 原因：催化反应一般有一系列化学过程 串联完成，每一过程需要不同的催化活性中心。 例：Pt/Al2O3。 1. Pt影响Al2O3酸性，而后者影响Pt的逸出功 2.加入Re，Ir提高热稳定性和寿命 Re、Ir防Pt长大（0.1~1? m） Re防结焦 一般步骤： 1. 解析总包反应，估量各步反应热 A. 动力学反应分子数不超过3 B. 热力学平衡常数极小的反应不允许 C. 抛弃反应热过大的反应 D. 合理范围内，选择经历步骤少的 2. 拟定机理，确定控制步骤，有针对考虑催化剂 3. 催化剂功能调节 4. 选择适宜载体、成型及制备方法 主要内容 催化剂的选择分类 1 选择催化剂常用的方法 2 催化剂的制备与预处理 3 催化剂的失活与再生 4 §7.3 催化剂的制备与预处理 一、 催化剂的制备的主要方法 A. 沉淀法 用于制备单组份或多组分的催化剂： 搅拌情况下将沉淀剂加入金属盐的水溶液，生成沉淀、过滤、洗净、干燥、焙烧 活性与选择性影响因素： a.沉淀剂和及金属盐的性质影响沉淀过程 b.沉淀反应条件 c.沉淀终点控制与杂质控制 d.洗涤 B. 浸渍法 用于制备负载型催化剂： 将尺寸较大的载体浸泡在活性化合物的水溶液中，浸渍平衡后分离剩余液体，干燥、煅烧活化。 方法： a.过量溶液浸渍法 b.等体积溶液浸渍 c.多次浸渍法 d.蒸汽相浸渍法 优缺点： a.表面积与孔结构接近载体数值 b.可以使活性组分均匀分布，提高活性效率 c.操作简单 d.附着可能不太牢固 注意： a.原料影响 碳酸盐制Co、Ni、Pd、Mg、Zn、Cd、Cu、Sr、Ba、Ca氧化物 草酸盐制FeO、MnO等 C. 热分解法（固相反应法或干法） 用于制备负载型催化剂： 加热分解盐类得到相应氧化物。 D. 熔融法 将所要求组分的粉状混合物在高温条件下进行烧结或熔融 过程： 固体粉碎—高温熔融或烧结—冷却—破碎 影响因素： 烧结温度 举例： 合成氨催化剂：铁磁矿、碳酸钾、氧化铝在1600oC熔融，冷却破碎、氢气还原制得。 Raney Ni：把催化活性金属及另一种能溶于碱的金属熔融，冷却破碎，用碱滤沥去另一种金属。 E. 还原法 除熔融法与滤沥法结合外，其余均只能制得氧化物催化剂，若要转化为金属催化剂，必须进行还原 还原方法： 熔盐电解、碳还原、一氧化碳还原、氢还原 影响金属离子大小、分布、形态等因素： 温度升高、平均半径增大、含水也会增大 举例： 负载金属催化剂常用氢气高温还原氧化物法。 注意：氢气要过量，以便带走生成的水蒸气 二、 催化剂的预处理 指某些原始化合物转变成活性相的过程，通常是在装入反