固體催化劑制備原理與技術(shù)

內(nèi)容概要

催化劑是催化過程的核心，而催化劑制備則是獲得高效催化劑的關(guān)鍵?！豆腆w催化劑制備原理與技術(shù)》對固體催化劑制備的科學(xué)原理和物理化學(xué)基礎(chǔ)以及技術(shù)進(jìn)行了梳理和歸納，目的是使催化劑制備能夠向科學(xué)化、系統(tǒng)化前進(jìn)一步。對本體催化劑和載體的制備原理以金屬離子在水溶劑中的行為以及它們之間不同的相互作用為中心，分別在金屬氧化物類、沸石分子篩類和其他類本體催化劑和載體制備章節(jié)中系統(tǒng)論述；而對負(fù)載催化劑的制備則以活性物種前身物與載體表面的各類相互作用為主線，詳細(xì)討論催化活性物種前身物在固體表面的富集、在結(jié)構(gòu)表面的沉積和薄膜催化劑制備。最后討論固體催化劑制備的一些共同性技術(shù)，即制備單元操作，包括基本單元操作、通用單元操作、活化單元操作和成型單元操作?！豆腆w催化劑制備原理與技術(shù)》可作為高等學(xué)校化學(xué)化工、材料能源及相關(guān)專業(yè)高年級本科生、研究生和教師的重要參考書以及教材，更是從事燃料、化學(xué)化工產(chǎn)品生產(chǎn)、新產(chǎn)品及催化劑研發(fā)和設(shè)計的廣大科技人員、工程師和管理人員的重要參考書。

書籍目錄

第1章緒論
1?1催化劑催化過程與國民經(jīng)濟(jì)
1?2催化與化學(xué)化工過程的綠色和低碳化
1?2?1持續(xù)發(fā)展與綠色化學(xué)
1?2?2精細(xì)化學(xué)品合成的綠色化
1?2?3催化與低碳化
1?2?4催化與環(huán)境
1?3催化劑和催化過程
1?3?1催化劑和催化過程的發(fā)展
1?3?2固體催化劑的一些重要性質(zhì)
1?4固體催化劑的分類
1?5催化劑制備中的主要操作
1?6催化材料與工業(yè)應(yīng)用的催化劑
1?7本書的思路
參考文獻(xiàn)
第Ⅰ部分本體催化劑和載體制備科學(xué)原理
第2章金屬氧化物類
2?1引言
2?1?1溶度積
2?1?2部分電荷模型
2?2水溶液中金屬陽離子
2?2?1金屬鹽在水中的溶解
2?2?2金屬陽離子的水解
2?2?3Si（Ⅳ）的水解
2?2?4Al（Ⅲ）的水解
2?2?5V（Ⅴ）、Mo（Ⅵ）、W（Ⅵ）的水解
2?3金屬離子的沉淀和共沉淀
2?3?1引言
2?3?2沉淀
2?3?3共沉淀
2?3?4沉積?沉淀
2?4水解產(chǎn)物?羥基化前身物的縮聚
2?4?1羥聚作用
2?4?2氧橋合作用
2?4?3Al（Ⅲ）的縮聚
2?4?4Si（Ⅳ）的縮聚
2?4?5V（Ⅴ）的縮聚
2?4?6鉬酸鹽的制備化學(xué)
2?4?7V/P/O混合氧化物的制備化學(xué)
2?5絡(luò)合和化學(xué)控制縮聚
2?5?1絡(luò)合作用和化學(xué)混合
2?5?2陽離子前身物的絡(luò)合作用
2?5?3Zr（Ⅳ）前身物的絡(luò)合和縮聚
2?6膠化和凝聚
2?6?1膠化
2?6?2硅膠制備中的膠化過程
2?7超高純金屬氧化物載體的制備
2?7?1氧化鋁
2?7?2熔融鋁的浸煮
2?7?3用鋁和氯化鋁制造氧化鋁
2?7?4揮發(fā)性鹽類的熱分解
2?8經(jīng)典的結(jié)晶理論
2?8?1經(jīng)典成核理論
2?8?2成核研究的結(jié)果
2?9無機(jī)納米晶體的大小和形狀的控制
2?9?1引言
2?9?2表面活性劑自裝配膠體溶液的結(jié)構(gòu)和使用
2?9?3納米晶體大小的控制
2?9?4影響納米晶體形狀控制的因素
2?10更高階構(gòu)造的自組裝和雜化納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化
2?10?1引言
2?10?2成核和晶體生長的動力學(xué)控制
2?10?3晶體生長的聚集媒介路徑
2?10?4介觀尺度上納米粒子鏈的自裝配
2?10?5介觀尺度轉(zhuǎn)換和突變納米結(jié)構(gòu)
2?10?6生物礦化中的介觀尺度轉(zhuǎn)化和母體?媒介成核
2?10?7總結(jié)和展望
參考文獻(xiàn)
第3章沸石分子篩類
3?1引言
3?1?1沸石分子篩的一般介紹
3?1?2沸石分子篩的分類
3?1?3微孔沸石分子篩的一般孔道結(jié)構(gòu)
3?1?4沸石分子篩合成的簡要發(fā)展歷史
3?1?5沸石分子篩的物理化學(xué)性質(zhì)
3?1?6沸石分子篩的應(yīng)用
3?2常規(guī)沸石的合成和無機(jī)陽離子
3?2?1常規(guī)沸石分子篩的水熱合成
3?2?2A型沸石分子篩的合成
3?2?3X型沸石分子篩的合成
3?2?4Y型沸石分子篩的合成
3?2?5制備合成條件控制
3?2?6沸石分子篩合成有關(guān)問題的詳細(xì)討論
3?3有機(jī)陽離子和高硅沸石分子篩的水熱合成
3?3?1有機(jī)模板劑（結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑）
3?3?2ZSM?5沸石分子篩
3?3?3ZSM?5的純無機(jī)合成
3?3?4沸石β合成
3?3?5有機(jī)結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用
3?4沸石分子篩構(gòu)架元素的替換
3?4?1引言
3?4?2替換硅元素——磷鋁類分子篩的合成
3?4?3有機(jī)陽離子替換無機(jī)陽離子——高硅和全硅沸石的合成
3?4?4F-替代羥基離子OH-（非氫氧化物礦物化試劑）
3?4?5硅和/或鋁的部分替代——雜原子分子篩的合成
3?4?6無水合成——分子篩的“干”合成或氣相合成
3?4?7水溶劑被替代——非水溶劑合成
3?4?8沸石晶體間的轉(zhuǎn)化——沸石轉(zhuǎn)晶合成
3?4?9種子晶體的使用
3?5沸石分子篩的二次合成
3?5?1引言
3?5?2沸石的陽離子交換改性
3?5?3沸石的脫鋁改性
3?5?4化學(xué)法脫鋁補(bǔ)硅
3?5?5沸石骨架雜原子的同晶置換
3?5?6沸石分子篩的表面修飾
3?6沸石分子篩合成機(jī)理介紹
3?6?1沸石合成機(jī)理簡介
3?6?2沸石體系中的成核機(jī)理
3?6?3晶體生長機(jī)理
3?7沸石合成過程模型化進(jìn)展
3?7?1合成反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型
3?7?2分子模擬
3?7?3分子力學(xué)計算基礎(chǔ)
3?7?4Monte Carlo 拓?fù)涞膽?yīng)用
3?7?5密度函數(shù)理論
3?7?6模擬計算中的一些問題
3?7?7量子力學(xué)方法
3?7?8沸石結(jié)晶動力學(xué)介紹
3?8表面活性劑水溶液
3?8?1引言
3?8?2表面活性劑?水體系
3?8?3表面活性劑囊泡體系的相轉(zhuǎn)變
3?8?4高分子表面活性劑的溶液性能
3?9介孔材料（分子篩）水熱合成
3?9?1引言
3?9?2介孔結(jié)構(gòu)材料合成方法
3?9?3介孔氧化硅和硅鋁酸鹽的合成
3?9?4介孔金屬硅酸鹽的合成
3?9?5介孔結(jié)構(gòu)金屬氧化物的合成
3?9?6介孔材料制備的發(fā)展趨勢
3?10有序介孔材料形成機(jī)理
3?10?1介孔硅材料的合成機(jī)理
3?10?2非硅基材料合成機(jī)理
參考文獻(xiàn)
第4章其他類
4?1生產(chǎn)活性炭載體的原料
4?2含碳原料的碳化（熱解）和活化
4?2?1熱加工工藝
4?2?2化學(xué)活化工藝
4?2?3氯化鋅工藝
4?2?4磷酸工藝
4?2?5硫化鉀工藝
4?2?6工藝參數(shù)對活性炭性質(zhì)的影響
4?3結(jié)構(gòu)型活性炭的制備
4?3?1碳蜂窩獨(dú)居石
4?3?2集成或整體碳蜂窩獨(dú)居石的制備
4?3?3活性炭纖維載體的制備
4?3?4環(huán)境催化應(yīng)用
4?4結(jié)構(gòu)陶瓷和結(jié)構(gòu)金屬載體的制備
4?4?1引言
4?4?2結(jié)構(gòu)陶瓷?獨(dú)居石
4?4?3陶瓷獨(dú)居石載體的制備
4?4?4低比表面積陶瓷獨(dú)居石載體
4?4?5高比表面積陶瓷獨(dú)居石載體
4?4?6整體獨(dú)居石催化劑
4?4?7結(jié)構(gòu)金屬載體
4?5纖維催化劑及載體
4?5?1引言
4?5?2纖維材料和纖維催化材料制備
4?5?3纖維結(jié)構(gòu)的幾何性質(zhì)
4?5?4纖維和布催化劑的應(yīng)用
4?6Raney型金屬催化劑
4?6?1引言
4?6?2Raney型金屬的制備
4?6?3Raney鎳催化劑種類
4?6?4不同Raney鎳催化劑的比較
4?7熔鐵催化劑的制備
4?7?1制備化學(xué)
4?7?2凝固和冷卻速率的影響
4?7?3氨合成熔鐵催化劑的預(yù)還原
4?8非晶態(tài)合金催化劑制備
4?8?1引言
4?8?2快速冷卻法
4?8?3化學(xué)還原法
4?8?4浸漬還原法
4?8?5化學(xué)還原法的改進(jìn)
4?8?6膠態(tài)金屬的制備
4?9制備本體催化劑和載體的其他方法
4?9?1高溫陶瓷法
4?9?2氮化物和碳化物的制備
4?9?3高分子離子交換樹脂
參考文獻(xiàn)
第Ⅱ部分負(fù)載催化劑制備的物理化學(xué)基礎(chǔ)
第5章催化活性物種在表面的富集
5?1引言
5?1?1載體在浸漬液中的行為
5?1?2活性組分前身物在水溶液中的行為
5?1?3溶液中活性組分前身物種與載體表面的相互作用
5?2載體的選擇
5?3弱相互作用的富集及其轉(zhuǎn)化
5?3?1等體積浸漬法
5?3?2氣相前身物在載體表面的沉積和富集
5?3?3吸附或沉積前身物在載體表面的再分散
5?3?4催化活性物種的富集或沉積
5?3?5浸漬
5?3?6均勻富集或沉積
5?4界面靜電相互作用
5?4?1靜電相互作用
5?4?2分子工程制備方法
5?5離子交換
5?6接枝作用?化學(xué)鍵合
5?6?1水溶液中的配體取代：通過羥基相互作用接枝
5?6?2有機(jī)介質(zhì)中的配體取代
5?7均相催化劑固載化技術(shù)
5?7?1有機(jī)金屬化合物的固載化
5?7?2手性合成催化劑的固載化
5?7?3生物催化劑的固載技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第6章催化活性物種在結(jié)構(gòu)表面的沉積
6?1概述
6?2結(jié)構(gòu)表面的預(yù)處理技術(shù)
6?2?1陽極氧化
6?2?2熱氧化
6?2?3化學(xué)處理
6?3液相涂層技術(shù)
6?3?1懸浮涂漬
6?3?2溶膠?凝膠沉積
6?3?3懸浮和溶膠?凝膠組合技術(shù)
6?3?4懸浮、溶膠?凝膠和組合技術(shù)比較
6?3?5電泳沉積
6?3?6電化學(xué)沉積和化學(xué)鍍
6?3?7浸漬
6?4在結(jié)構(gòu)表面沉積的其他技術(shù)
6?4?1化學(xué)氣相沉積
6?4?2物理氣相沉積（PVD）
6?5不同技術(shù)獲得結(jié)果的比較
6?6在不同基質(zhì)上沸石的合成
6?7碳載體在結(jié)構(gòu)表面的沉積
6?7?1引言
6?7?2碳涂層蜂窩獨(dú)居石
6?7?3在陶瓷表面的沉積
6?7?4在金屬表面的沉積
6?7?5環(huán)境應(yīng)用
6?8陶瓷蜂窩獨(dú)居石載體上的沉積
6?8?1引言
6?8?2獨(dú)居石結(jié)構(gòu)
6?8?3獨(dú)居石催化劑的制備
6?9金屬蜂窩獨(dú)居石載體上的沉積
6?9?1金屬基質(zhì)
6?9?2表面處理和催化涂層
6?9?3獨(dú)居石金屬基質(zhì)上涂層的黏結(jié)性
6?9?4陽極氧化制備技術(shù)
參考文獻(xiàn)
第7章薄膜催化劑
7?1概述
7?1?1“簡單”吸著?擴(kuò)散膜
7?1?2“復(fù)合”吸著?擴(kuò)散膜
7?1?3離子傳導(dǎo)膜
7?2金屬氧化物和陶瓷薄膜制備技術(shù)一般介紹
7?3金屬氧化物薄膜的液相低溫制備技術(shù)
7?3?1 引言
7?3?2主要技術(shù)
7?3?3主要的改進(jìn)技術(shù)
7?4微孔薄膜的制備
7?4?1引言
7?4?2微孔無機(jī)膜
7?5沸石膜的制備
7?5?1引言
7?5?2沸石膜制備概念
7?5?3評價膜質(zhì)量的單一組分滲透和混合物分離
7?5?4MFI沸石膜層的性能
7?6在結(jié)構(gòu)表面沉積沸石膜
7?6?1在含沸石漿液中浸泡涂層陶瓷獨(dú)居石
7?6?2在陶瓷獨(dú)居石上原位合成
7?7致密透氧膜和透氫膜
7?7?1離子傳輸膜
7?7?2致密合金膜
7?8微孔無機(jī)膜中的滲透
7?8?1沸石膜中氣體的分離
7?8?2微孔無機(jī)膜的應(yīng)用
7?8?3產(chǎn)業(yè)化的障礙和困難
參考文獻(xiàn)
第Ⅲ部分固體催化劑制備單元操作
第8章基本單元操作
8?1概述
8?2沉淀
8?2?1影響沉淀的主要參數(shù)或操作變量
8?2?2沉淀設(shè)備
8?2?3膠體沉淀
8?3共沉淀和絡(luò)合沉淀
8?3?1共沉淀
8?3?2絡(luò)合沉淀
8?4沉積或吸附?沉淀
8?4?1沉積沉淀
8?4?2吸附沉淀
8?4?3再洗滌和離子交換
8?5浸漬
8?5?1引言
8?5?2載體的選擇
8?5?3浸漬操作和設(shè)備
8?6涂漬
8?6?1沉淀沉積
8?6?2錨定涂層或洗滌涂層
8?6?3涂漬設(shè)備
8?7水熱結(jié)晶操作
8?7?1沸石分子篩的晶化合成
8?7?2水熱晶化操作的設(shè)備
8?7?3水熱合成的例子：ZSM?5沸石
催化劑的制備
參考文獻(xiàn)
第9章通用單元操作
9?1傾析、過濾和洗滌
9?2傾析、過濾和洗滌設(shè)備
9?2?1實驗室設(shè)備
9?2?2工業(yè)過濾設(shè)備
9?3干燥
9?3?1干燥設(shè)備和裝置
9?3?2工廠制備用干燥設(shè)備
9?4混煉、混合、破碎、粉碎、篩分和漿液輸送
9?4?1混煉
9?4?2混合
9?4?3破碎、粉碎和篩分
9?4?4溶液和漿液的輸送
9?5超臨界干燥
9?5?1引言
9?5?2超臨界制備原理
9?5?3超臨界干燥設(shè)備
9?5?4影響超臨界干燥的主要因素
9?5?5超細(xì)粒子催化劑的應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第10章活化操作
10?1概述
10?2焙燒或煅燒活化
10?2?1熱分解反應(yīng)
10?2?2焙燒導(dǎo)致的固相反應(yīng)
10?2?3晶型轉(zhuǎn)化
10?2?4V/Ti/O混合氧化物的化學(xué)制備
10?2?5V/P/O混合氧化物催化劑的焙燒活化脫水
10?2?6 V/P/O混合氧化物活化/老化程序
10?2?7燒結(jié)
10?3焙燒用設(shè)備
10?3?1實驗室焙燒用設(shè)備
10?3?2工業(yè)用焙燒設(shè)備
10?4焙燒實例
10?4?1鋁凝膠的焙燒
10?4?2沸石分子篩的焙燒
10?5碳化料的高溫活化制活性炭
10?5?1活化操作
10?5?2碳活化的設(shè)備
10?5?3活性炭制備的其他操作
10?6還原和硫化
10?6?1引言
10?6?2本體金屬（或多金屬）催化劑的還原過程
10?6?3氨合成催化劑的還原
10?6?4合成氣加氫催化劑的還原
10?6?5負(fù)載加氫催化劑的還原
10?6?6硫化
參考文獻(xiàn)
第11章成型操作
11?1概述
11?1?1固體催化劑顆粒的大小和形狀分類
11?1?2成型助劑
11?2成型成微小顆粒
11?2?1粉碎研磨法
11?2?2噴霧干燥成型
11?2?3液滴凝結(jié)成型或油中成型
11?3成型成較大顆粒
11?3?1壓片
11?3?2模壓產(chǎn)品
11?3?3擠條和濕壓成型
11?3?4滾球（圓盤造粒）
11?4擠壓成型整體蜂窩獨(dú)居石載體
11?4?1引言
11?4?2蜂窩獨(dú)居石適用作載體的要求
11?4?3擠壓技術(shù)生產(chǎn)陶瓷蜂窩獨(dú)居石
11?4?4低比表面積獨(dú)居石的制造
11?4?5高比表面積獨(dú)居石制造
11?4?6整體碳蜂窩獨(dú)居石
參考文獻(xiàn)
附錄若干固體催化劑制備單元操作框圖
圖F?1載體和催化劑制備單元操作框圖
圖F?2催化劑和載體溶膠?凝膠制備單元操作框圖
圖F?3負(fù)載催化劑制備（浸漬）單元操作框圖
圖F?4分子篩催化劑制備單元操作框圖
圖F?5粉狀金屬催化劑制備單元操作框圖
圖F?6多組分氧化催化劑制備單元操作框圖
圖F?7貴金屬加氫催化劑（濕的）制備單元操作框圖
圖F?8甲醇氧化制甲醛催化劑制備單元操作框圖
圖F?9高溫水蒸氣變換催化劑制備單元操作框圖

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   8.5.1 引言 催化材料的制備是要獲得有高的活性、選擇性和穩(wěn)定性的催化劑。對負(fù)載金屬催化劑，是要把金屬前身物負(fù)載于高度多孔性和高熱穩(wěn)定性（高比表面積和高的機(jī)械強(qiáng)度）的載體上，載體不僅分散金屬組分而且要求增加金屬穩(wěn)定性，也就是催化劑的壽命。達(dá)到這樣的高金屬分散的最基本單元操作之一是浸漬。 溶解在水溶液中的前身物在氧化物載體上的沉積一般使用所謂的浸漬法。浸漬法是指用一定體積含有催化劑活性組分前身物的溶液與氧化物固體接觸。如果使用溶液的體積等于或小于載體的孔體積，稱為等體積浸漬或干浸漬，這是第一類浸漬方法。等體積浸漬法可以應(yīng)用于制備高前身物負(fù)載量的催化劑。當(dāng)溶液中的活性前身物與載體有強(qiáng)相互作用時，緊跟干燥過程對浸漬前身物在載體上的分布沒有影響，但最大負(fù)荷受限于前身物在充滿孑L溶液中的溶解度。在另一方面，負(fù)載量的增加要求使用較高浸漬液濃度，對像Ni（NO3）2這樣的試劑會導(dǎo)致溶液pH的降低，反過來有可能導(dǎo)致載體的改變和離子取代進(jìn)入載體的晶格。但是，如果沒有足夠強(qiáng)的相互作用，在干燥步驟常常會導(dǎo)致嚴(yán)重的浸漬物種再分布，最后獲得的催化劑載體上活性組分的覆蓋變得非常不均勻。 在第二類浸漬方法也就是濕法浸漬技術(shù)中（也稱為浸泡或浸取浸漬）使用的浸漬溶液是過量的。載體用溶液浸漬浸泡一段時間后，用傾析或過濾的方法把固體與浸漬液分離，在載體內(nèi)部的過量溶劑用干燥方法除去。沉積在多孔載體上的活性組分前身物的量、它在載體顆粒內(nèi)孔的濃度分布和載體表面的化學(xué)環(huán)境主要取決于催化劑制備前一二個步驟的條件。在浸漬達(dá)到平衡的條件下，沉積在多孔載體的活性組分前身物的量由浸漬溶液的平衡濃度、載體的孔體積以及吸附前身物在載體表面上的吸附等溫線所確定。浸漬物種在載體孑L內(nèi)的濃度分布取決于浸漬和干燥期間的傳質(zhì)條件。如果前身物一載體通過化學(xué)或物理力（表面水解、配體取代、離子交換、靜電作用）發(fā)生強(qiáng)相互作用，沉積在載體孔壁上的前身物的量能夠超過溶解物質(zhì)的量（充滿孔所保有的），這樣獲得的催化劑稱為吸著型催化劑。在非平衡浸漬條件下，浸漬組分的分布可以用吸著一擴(kuò)散機(jī)理來說明，干燥過程對其的影響很小。相反的情形是浸漬型催化劑，此時受浸漬組分溶解支配，因為沒有足夠的溶質(zhì)一載體間的相互作用或在孔中的濃度太大，浸漬組分的濃度分布由沉淀一結(jié)晶期間的質(zhì)量傳遞所確定，對此反過來是由溶劑蒸發(fā)期間的條件所控制的。 就制備工業(yè)催化劑而言，在成型載體中浸漬物種分布的控制是重要的。一般說來，在氧化物／溶液界面上的快過程和在固體多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的慢擴(kuò)散會導(dǎo)致進(jìn)入擴(kuò)散控制的吸著區(qū)域。

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