實(shí)用催化

前言

　  《實(shí)用催化》第一版自1996年發(fā)行以來，讀者逐漸增多，2009年第7次印刷后，化學(xué)工業(yè)出版社建議修訂再版，時(shí)筆者已退休多年，乃邀請(qǐng)戴洪興教授合作并主承修訂之事。戴君曾在北京化工大學(xué)與筆者共事，現(xiàn)任教于北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院化學(xué)化工系。彼從事催化教學(xué)多年，一直采用此書作為教材；科研亦不離催化領(lǐng)域，論述頗豐；在教學(xué)和科研兩方面皆有深厚積累。　  再版保持了第一版的架構(gòu)和基本內(nèi)容，增添了一些新材料以反映催化科學(xué)的現(xiàn)狀，尤其是近些年取得的新進(jìn)展。在第3章催化劑制備中，介紹了幾類在催化科學(xué)實(shí)踐中有重要地位且有遠(yuǎn)大發(fā)展前景的催化劑。在第4章催化劑表征與測試中對(duì)幾種目前經(jīng)常采用的方法做了更為詳細(xì)的介紹。在其他章節(jié)也做了局部增補(bǔ)?！? 書末附錄匯編了從事催化教學(xué)和科研，有學(xué)位授予權(quán)的大學(xué)和科研單位名錄，與第一版時(shí)的名錄相比，有了很大的擴(kuò)展?！? 北京工業(yè)大學(xué)鄧積光博士參與了第2～4章內(nèi)容的修訂工作，張磊博士、夏云生博士和劉雨溪博士參與了資料收集、圖表制作和文字錄入的工作，在此表示衷心感謝。希望讀者對(duì)本書不吝指正?！? 高正中　  2011年5月　  第一版前言　  20世紀(jì)以來，化學(xué)工業(yè)的品種和規(guī)模的巨大增長無不借助催化劑，從世紀(jì)初合成氨的工業(yè)化、50年代以后石油化學(xué)工業(yè)和高分子工業(yè)的興起、乃至60年代以后解決環(huán)境保護(hù)問題都與使用催化劑相關(guān)，現(xiàn)代化的化工和石油加工過程約90%是催化過程。目前，催化劑的用途可分為三大方面：（1）汽車排氣凈化；（2）礦物燃料加工；（3）化學(xué)品制造。催化劑在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的作用是顯而易見的。　  催化科學(xué)具有跨接多種學(xué)科的特點(diǎn)，例如催化劑的合成涉及無機(jī)化學(xué)、膠體及界面化學(xué)、固態(tài)化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)、各種化工單元操作等；催化劑的表征涉及結(jié)構(gòu)化學(xué)、表面科學(xué)、波譜學(xué)等；催化過程的研究涉及化學(xué)動(dòng)力學(xué)、化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)、反應(yīng)工程學(xué)等；催化科學(xué)正在多種生長點(diǎn)上蓬勃地發(fā)展著。我國自50年代開始有催化的系統(tǒng)教學(xué)和科研，目前已有45所大學(xué)和科研單位培養(yǎng)各種學(xué)位的催化專門人才，開設(shè)催化課程的單位還不止此數(shù)?！? 本書是筆者多年來在大學(xué)講授催化課程的講義經(jīng)反復(fù)修改而成（聽課的有應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、精細(xì)化工專業(yè)本科生、物理化學(xué)師資班，工業(yè)催化專業(yè)研究生）。如何在有限的50多學(xué)時(shí)課程內(nèi)使學(xué)生對(duì)涉及面甚廣的催化科學(xué)有一個(gè)基本的正確的了解，是筆者在教學(xué)實(shí)踐中努力的目標(biāo)。　  本書主要討論工業(yè)上應(yīng)用最廣的多相催化，共分五章：第一章介紹一些基本概念；第二章對(duì)多相催化中起關(guān)鍵作用的一步--吸附進(jìn)行了較深入仔細(xì)的討論；催化過程的核心問題--催化劑，關(guān)于其制備和表征的方法和原理在第三章和第四章作了全面介紹；第五章討論了催化劑使用中的失活問題?！? 本書在闡述一些概念和原理時(shí)，有意識(shí)地介紹了對(duì)它們的認(rèn)識(shí)的螺旋發(fā)展過程，旨在培養(yǎng)學(xué)生樹立唯物辯證法的世界觀和方法論。在講清講透基本理論、基本概念的基礎(chǔ)上，注重與應(yīng)用的緊密結(jié)合。充分注意了與大學(xué)前三年課程的銜接。每章附有適量習(xí)題，利于學(xué)生加深對(duì)內(nèi)容的理解和掌握，并考核自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力?！? 書末附錄匯編了從事催化教學(xué)和科研、有學(xué)位授予權(quán)的大學(xué)和科研單位名錄，一則反映現(xiàn)狀，二則可供有意深造者參考。最后有主題索引以方便讀者?！? 北京鋼鐵研究總院瞿存德高級(jí)工程師參加了第4章的編寫，北京圖書館高瑞晶女士協(xié)助資料收集和索引的編寫?！? 本書的出版得到北京化工大學(xué)教材建設(shè)委員會(huì)的支持；北京工業(yè)大學(xué)李琬教授，北京化工大學(xué)焦書科教授、王作新教授，北京化工研究院李雨芳高級(jí)工程師都曾給予關(guān)心、幫助和支持，在此表示衷心感謝?！? 高正中　  1996年1月

內(nèi)容概要

　
《實(shí)用催化（第2版）》由作者多年在大學(xué)講授催化課程的講義經(jīng)反復(fù)修改而成。共分5章：概論；催化中的吸附作用；催化劑制備；催化劑表征與測試；催化劑的失活。書中對(duì)多相催化的吸附作用進(jìn)行了較深入仔細(xì)的討論，以使讀者建立正確的基本概念；對(duì)催化過程的核心問題--催化劑，關(guān)于其制備和表征的方法和原理做了全面介紹，其中涉及新概念的內(nèi)容討論較細(xì)。在講清講透基本概念、基本理論的基礎(chǔ)上注重與應(yīng)用的緊密結(jié)合。
　
《實(shí)用催化（第2版）》與大學(xué)三年級(jí)前的課程有很好的銜接。每章附有適量習(xí)題，以考核學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題、解決問題的能力。
　
《實(shí)用催化（第2版）》可作為理工科大學(xué)應(yīng)用化學(xué)、精細(xì)化工、石油化工、化工工藝、工業(yè)催化等專業(yè)的催化課程教材或參考書，也可以作為非催化專業(yè)化學(xué)化工研究生的教材和供有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　概論
　1.1　引言
　1.2　有關(guān)催化作用和催化劑的定義、概念
　　1.2.1　催化作用
　　1.2.2　催化劑的活性，選擇性和壽命
　　1.2.3　補(bǔ)償效應(yīng)
　1.3　催化劑的組成、成分
　　1.3.1　工業(yè)催化劑一般需考慮的問題
　　1.3.2　催化劑成分
　　1.3.3　實(shí)例
　1.4　催化體系的分類
　習(xí)題
第2章　催化中的吸附作用
　2.1　固體的表面結(jié)構(gòu)
　　2.1.1　晶體結(jié)構(gòu)和晶面
　　2.1.2　晶體的不完整性
　　2.1.3　晶體的表面與體相的比較
　　2.1.4　晶體表面能量的不均勻性
　　2.1.5　晶體的不完整性與催化作用
　2.2　分子在固體表面的吸附
　　2.2.1　物理吸附與化學(xué)吸附
　　2.2.2　吸附質(zhì)的可動(dòng)性
　　2.2.3　吸附的位能曲線
　　2.2.4　化學(xué)吸附的類型和表面中間物的命名
　2.3　吸附熱
　　2.3.1　吸附熱的測定及其結(jié)果的復(fù)驗(yàn)性
　　2.3.2　化學(xué)吸附熱的計(jì)算
　　2.3.3　化學(xué)吸附熱和反應(yīng)熱
　　2.3.4　化學(xué)吸附熱隨吸附量的變化
　2.4　晶體的電子結(jié)構(gòu)
　　2.4.1　分子軌道理論和固體能帶模型
　　2.4.2　價(jià)鍵理論
　　2.4.3　表面態(tài)和表面不飽和
　2.5　金屬上的化學(xué)吸附
　　2.5.1　金屬的化學(xué)吸附活性
　　2.5.2　化學(xué)吸附中的幾何因素
　　2.5.3　吸附與催化--火山形原理
　　2.5.4　一些氣體的化學(xué)吸附態(tài)
　2.6　半導(dǎo)體氧化物上的化學(xué)吸附
　　2.6.1　非化學(xué)計(jì)量的氧化物
　　2.6.2　半導(dǎo)體氧化物的能帶結(jié)構(gòu)
　　2.6.3　邊界層理論
　　2.6.4　半導(dǎo)體氧化物上化學(xué)吸附的特點(diǎn)
　　2.6.5　一些氣體化學(xué)吸附的機(jī)理
　2.7　絕緣體氧化物上的化學(xué)吸附
　習(xí)題
第3章　催化劑制備
　3.1　催化材料的類別
　3.2　催化劑的類型
　3.3　單一活性組分和載體
　　3.3.1　金屬鹽溶液
　　3.3.2　有控制的沉淀過程
　　3.3.3　凝聚和膠凝過程
　　3.3.4　洗滌和過濾
　　3.3.5　干燥
　　3.3.6　焙燒
　3.4　二元氧化物
　　3.4.1　SiO2Al2O3
　　3.4.2　NiOAl2O3
　3.5　活性組分的沉積
　　3.5.1　沉淀
　　3.5.2　吸附
　　3.5.3　離子交換
　　3.5.4　浸漬
　　3.5.5　活化
　3.6　浸取
　3.7　特殊類型
　　3.7.1　混合氧化物
　　3.7.2　黏結(jié)的氧化物
　　3.7.3　金屬網(wǎng)
　　3.7.4　蜂窩結(jié)構(gòu)的單塊
　3.8　催化劑成型
　　3.8.1　壓片
　　3.8.2　擠條
　　3.8.3　成球
　　3.8.4　薄片和錠劑
　　3.8.5　粒狀
　　3.8.6　粉狀
　3.9　催化劑的工業(yè)制造
　　3.9.1　實(shí)驗(yàn)室制法的重復(fù)和放大
　　3.9.2　連續(xù)的單元操作
　　3.9.3　節(jié)能和環(huán)境控制
　　3.9.4　對(duì)多種產(chǎn)品的適應(yīng)性
　　3.9.5　機(jī)密性、秘密和訣竅保護(hù)
　3.10　納米催化劑
　　3.10.1　固相合成法
　　3.10.2　氣相合成法
　　3.10.3　液相合成法
　3.11　分子篩
　　3.11.1　簡介
　　3.11.2　沸石分子篩的結(jié)構(gòu)
　　3.11.3　沸石分子篩的命名
　　3.11.4　沸石分子篩的合成
　3.12　有序介孔材料的合成
　　3.12.1　有序介孔硅材料的合成
　　3.12.2　有序介孔碳材料的合成
　　3.12.3　有序介孔金屬氧化物的合成
　3.13　三維有序大孔材料的合成
　習(xí)題
第4章　催化劑的表征與測試
　4.1　比表面積
　　4.1.1　物理吸附等溫線
　　4.1.2　BET方程
　　4.1.3　BET法測算比表面積
　　4.1.4　實(shí)驗(yàn)方法要點(diǎn)
　4.2　孔結(jié)構(gòu)（孔隙組織）
　　4.2.1　比孔容的測量
　　4.2.2　用汞孔率計(jì)測定孔結(jié)構(gòu)
　　4.2.3　氣體物理吸附法測定孔結(jié)構(gòu)
　　4.2.4　氮吸附法與壓汞法測定孔徑分布結(jié)果的比較
　　4.2.5　微孔體積的測定
　4.3　顆粒性質(zhì)
　　4.3.1　顆粒大小及其分布
　　4.3.2　密度
　4.4　機(jī)械性質(zhì)和熱性質(zhì)
　　4.4.1　機(jī)械性質(zhì)
　　4.4.2　熱性質(zhì)
　4.5　本體性質(zhì)
　　4.5.1　組成
　　4.5.2　相結(jié)構(gòu)
　4.6　表面性質(zhì)
　　4.6.1　組成
　　4.6.2　形貌和結(jié)構(gòu)
　　4.6.3　分散度（dispersion）
　　4.6.4　不均勻性
　4.7　活性
　　4.7.1　實(shí)用的活性測試
　　4.7.2　測試動(dòng)力學(xué)活性需考慮的問題
　　4.7.3　反應(yīng)器科學(xué)中的基本概念
　　4.7.4　常用的實(shí)驗(yàn)室催化反應(yīng)器
　習(xí)題
第5章　催化劑的失活
　5.1　結(jié)焦
　5.2　金屬污染
　5.3　毒物吸附
　　5.3.1　金屬催化劑的中毒
　　5.3.2　半導(dǎo)體氧化物催化劑的中毒
　　5.3.3　固體酸催化劑的中毒
　　5.3.4　毒物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)其毒性的影響
　　5.3.5　不同催化劑的耐毒性比較
　　5.3.6　中毒與反應(yīng)條件
　　5.3.7　中毒與誘導(dǎo)期
　　5.3.8　選擇中毒
　5.4　燒結(jié)
　5.5　生成化合物
　5.6　相轉(zhuǎn)變和相分離
　5.7　活性組分被包埋
　5.8　組分流失和揮發(fā)
　5.9　顆粒破裂
　5.10　結(jié)污
　5.11　催化劑失活研究實(shí)例
　　5.11.1　汽車尾氣催化劑的失活
　　5.11.2　鉑催化重整催化劑的失活
　　5.11.3　SO2氧化用釩催化劑的失活
　5.12　催化劑的再生和更換
　習(xí)題
附錄　從事催化教學(xué)和科研有學(xué)位授予權(quán)的大學(xué)和科研單位名錄
主題索引　
　　　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   反應(yīng)終了時(shí)，AlCl3*中部分放射性Cl*轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物HCl中。也就是說，催化劑在反應(yīng)終了時(shí)發(fā)生了變化。盡管如此，催化劑在反應(yīng)過程中所發(fā)生的些微化學(xué)變化，比之反應(yīng)物所發(fā)生的巨大變化是很微小的；而且催化劑的變化與整個(gè)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式之間沒有化學(xué)計(jì)量關(guān)系；催化劑的量比之反應(yīng)物的量又要小得多；因而催化劑的變化對(duì)反應(yīng)體系的自由能變化的影響甚微，可以忽略不計(jì)。也就是說，可以認(rèn)為催化劑的些微變化一般不會(huì)使平衡常數(shù)發(fā)生可察覺的變化。 實(shí)際上，催化劑的使用壽命是有限的，這是由于發(fā)生了派生反應(yīng)（通常是比較慢的）的緣故，因?yàn)檫@些反應(yīng)使得催化劑發(fā)生了變化，從而逐漸失去活性。但這并不妨礙認(rèn)為催化劑在一定的時(shí)間間隔內(nèi)是不變的。 （12）加速反應(yīng)但不參加反應(yīng)者非催化劑 催化劑是參加反應(yīng)的，有些物質(zhì)雖然能加速反應(yīng)，但本身不參加反應(yīng)，就不能視之為催化劑。例如，離子之間的反應(yīng)常常因加入鹽而加速，因?yàn)辂}改變了介質(zhì)的離子強(qiáng)度，但鹽本身并未參加反應(yīng)，故不能視之為催化劑。同樣，當(dāng)溶液中的反應(yīng)因改變?nèi)軇┒铀贂r(shí)（例如，水把兩種固體溶解，使它們之間容易發(fā)生反應(yīng)），這種溶劑效應(yīng)也不能說成是催化作用。 （13）應(yīng)區(qū)分引發(fā)劑與催化劑 引發(fā)劑引發(fā)鏈反應(yīng)，例如苯乙烯聚合中所用的引發(fā)劑（如二叔丁基過氧化物），它在聚合過程中完全消耗了，所以不能稱為催化劑。 與此相關(guān)的，有人往往將降低反應(yīng)速率的物質(zhì)稱為負(fù)催化劑。 通常在有自由基生成和消失的反應(yīng)中用這個(gè)詞。它的作用是把自由基轉(zhuǎn)化為不太活潑的結(jié)構(gòu)或從反應(yīng)體系中除去它們。例如，酚類和胺類化合物含有一個(gè)或幾個(gè)活潑的氫原子，它可以與活潑的自由基結(jié)合從而降低有自由基參與的反應(yīng)速率。常用它們作為氧化阻抑劑。所以從它們的作用機(jī)理看，叫反應(yīng)阻抑劑而不稱之為負(fù)催化劑更合理。 （14）催化劑是物體形式的物質(zhì)（material） 例如，金屬、氧化物、氣體、配位化合物、酶等，它們所起的作用是化學(xué)性質(zhì)的。由于能量轉(zhuǎn)移過程而造成反應(yīng)速率加快不能說成是催化作用。例如，熱能使溫度升高，反應(yīng)物受光輻射，被帶電粒子或高能粒子轟擊，放電等都能加速反應(yīng)，但這不是催化作用。 1.2.2催化劑的活性，選擇性和壽命 在估量一個(gè)催化劑的價(jià)值時(shí)，通常認(rèn)為有四個(gè)最重要的因素，它們是活性（activity），選擇性（selectivity），壽命（1ifetime），價(jià)格（cost）。 在實(shí)驗(yàn)室做評(píng)價(jià)測試時(shí)，主要涉及前三個(gè)因素。

編輯推薦

《高等學(xué)校教材:實(shí)用催化(第2版)》可作為理工科大學(xué)應(yīng)用化學(xué)、精細(xì)化工、石油化工、化工工藝、工業(yè)催化等專業(yè)的催化課程教材或參考書，也可以作為非催化專業(yè)化學(xué)化工研究生的教材和供有關(guān)專業(yè)技術(shù)人員參考。

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