第三章—助催化剂和载体的选择和设计.pdf

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1、第三章助催化剂和载体的设计3.1助催化剂的种类与功能3.3载体的作用与种类3.1.1助催化剂的种类3.3.1概述3.1.2助催化剂对催化剂性能的影响3.3.2载体的作用3.3.3载体的种类3.2助催化剂的选择与设计3.4载体材料的选择3.4.1选择载体的原则和依据3.2.1助催化剂的设计方法3.4.2载体材料的选择方法3.2.2运用催化理论设计助催化剂3.2.3通过催化反应机理确定助催化剂3.5常用的催化剂载体3.5.1氧化铝3.5.2分子筛3.5.3活性炭工业应用催化剂催化剂的构成改进催化剂的某些性

2、能助催化剂选择性、活性、寿命载体主要组分催化剂丧失催化活性一般将催化剂中含量较少（通常低于总量的10%）而又关键性的次要组分称作助催化剂，而对含量较大、且主要是为了改进催化剂物理性能的组分称为载体工业应用催化剂3.1助催化剂的种类与功能在催化剂中添加少量的某些成分能够使催化剂的化学组成、晶体与表面结构、离子价态及分布、酸碱性等发生改变，从而使催化剂的性能（如活性、选择性、热稳定性、抗毒性和使用寿命等）得到改善。但当单独使用这些物质作催化剂时，没有催化活性或只有很低的活性，这些添加物质就称为助催化

3、剂。助催化剂的含量存在最适宜的值。工业应用催化剂CeO2-Co3O4复合氧化物5%CO5%COCo3O41005%O25%O280COMSsignalsO260CO2Co3O4-CeO2Co3O4CeO201000200030004000500040Time/s室温条件下CO和O2的还原氧化循环实验205%COConversionofCO/%5%COCeO2-Co3O45%O205%O2-100-50050100150200250300350COoMSsignalsO2Temperature/CCO

4、21%CO,10%O2,89%N2,20ml/min010002000300040005000Time/sCo3O4-CeO2催化剂在-60℃下即可CeO2的引入，可提高Co3O4的将CO完全转化晶格氧提取工业应用催化剂Catal.Sci.Technol.2(2012)1865-18713.1.1助催化剂的种类（一）织构性助催化剂（二）调变性助催化剂增大表面，防止烧结，提高催化剂主要组分的结构稳定性α-Fe微晶对合成氨反应具有很高的活性；在773K的高温条件下，α-Fe微晶极易烧结而长大，活性表

5、面减少，活性丧失；在熔融Fe3O4中加入Al2O3，Al2O3能与Fe3O4发生同晶取代，生成固溶体；防止活性铁微晶在使用中长大，提高催化剂的热稳定性和寿命。大多数结构性助催化剂是熔点及沸点较高，难还原的金属氧化物。结构性助剂没有改变催化反应总活化能的能力工业应用催化剂氧化铝熔点为2050℃，沸点为3000℃，具有不同晶型，常见的是α-Al2O3和γ-Al2O3。活性氧化铝加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝工业应用催化剂（二）调变性助催化剂电子助催化剂晶格缺陷助催化剂选择性助催化剂调变性助催化

6、剂能使催化反应活扩散助催化剂化能降低相变助催化剂双重作用助催化剂工业应用催化剂①电子助催化剂Fe-Al2O3-K2O合成氨催化剂的活性高于Fe-Al2O3K2O是电子性助剂；K2O起着电子给予体作用，Fe起电子接受体作用K2O把电子转给Fe后，增加了Fe的电子密度，降低Fe表面的电子逸出功，加速N在Fe上的活性吸附，提高催化剂的活性工业应用催化剂加氢催化反应具有d空轨道或d能带中的空穴，并对加入的电子有强吸引力的金属，会强烈地吸附氢，而从氢得来的电子可以成为主体电子体系的一部分，这类金属是不良

7、的加氢催化剂，因为它们对反应有效的氢吸附太牢而没有d空轨道的金属，对氢只有弱的吸引力，因此在纯金属元素状态时，它们不能强烈地吸附氢．因而也显示出较差的催化加氢能力有少数小空轨道的金属(象Ni、Pt)则可使H2被吸附，但又能很快的放还给其它作用物，只有这类金属才是良好的加氢催化剂。形成合金，影响d-空轨道的数目，改变对H2的吸附能力使催化剂的活性得到明显改进工业应用催化剂②晶格缺陷助催化剂增加氧化物催化剂表面的晶格缺陷数目，提高氧化物催化剂的催化活性氧化物催化剂的活性中心存在于靠近表面的晶格缺陷；

8、少量杂质或附加物对晶格缺陷数目有很大影响；为了实现间隙取代，通常加入的助催化剂的离子需要和被它取代的离子大致上一样大。工业应用催化剂③选择性助催化剂在可能发生一种以上反应的情况中，往往需要一种选择性助催化剂去引导反应沿着一定的途径进行，或者防止产物进一步反应。轻油CnHm+nH2O→nCO+[n+(m/2)]H2-Q1伴随着石脑油蒸气CO+H2O→CO2+H2+Q2的裂解、析碳、转CO+3H→CH+HO-Q消碳和结焦等2423化镍基催化剂以水泥为载体