催化劑制備與表征

1、.催化原理考試復(fù)習(xí)題一 概念離子交換法：利用載體表面存在著可進(jìn)行離子交換的離子，將活性組分通過離子間的變換而附載在載體上的方法?；瘜W(xué)鍵合法：通過化學(xué)鍵(離子鍵、共價(jià)鍵、配位鍵)把絡(luò)合物催化劑與高分子載體相結(jié)合的過程。吸附法：利用載體對(duì)活性組分的吸附作用來制備負(fù)載型催化劑的方法。超均勻共沉淀：是將沉淀分兩步進(jìn)行，首先制備鹽溶液的懸浮層，并將這些懸浮層立即混合成為超飽和溶液，然后由超飽和溶液得到均勻沉淀。二、填空1.沉淀老化時(shí)，顆粒長(zhǎng)大方法有：再凝結(jié)、凝聚2.正加法加料時(shí)，溶液的 ph值由低到高3.競(jìng)爭(zhēng)吸附時(shí)，當(dāng)反應(yīng)由外擴(kuò)散控制時(shí)，球形催化劑上活性組分的分布以 蛋殼型為益，由動(dòng)力學(xué)控制時(shí)，均勻型為

2、益三、簡(jiǎn)答題1.固體催化劑制備方法：原料準(zhǔn)備催化劑(母體)的制備成型活化2.催化劑制備可粗分為：干法和濕法 干法包括熱熔法、混碾法與噴涂法濕法包括膠凝法、沉淀法(共沉淀法，均勻沉淀法和超均勻沉淀法)、浸漬法、離子交換法、瀝濾法。3.催化劑在工業(yè)得到應(yīng)用滿足的條件催化性能:具有良好的活性,選擇性和穩(wěn)定性機(jī)械性能:有一定的機(jī)械強(qiáng)度，合適的形狀，顆粒大小和分布精品.有一定的抗毒性能:最好能活化再生，使用壽命長(zhǎng)催化劑制備方面:要求原料能穩(wěn)定供應(yīng)，制備工藝能適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，環(huán)境友好，最好無三廢污染。4.選擇原料的基本原則：a 原料中要包括催化劑所需要的全部組分，同時(shí)也要考慮到原料中的雜質(zhì)能適合生產(chǎn)

3、中的要求。b 原料中不含對(duì)催化劑有害的成分，或?qū)Νh(huán)境有污染的成分c 來源充足，價(jià)格便宜d 使用活性組分含量高，用量少的原料。5.催化劑組成的表示方法:固體催化劑主催化劑，助催化劑，載體配合物催化劑助催化劑和助催化劑酶催化劑:酶蛋白和輔酶6.金屬溶解一般選用稀hno3原因:大多數(shù)金屬(除au,pt)可溶解在硝酸中制成硝酸鹽no3在加熱時(shí)，能除去，不會(huì)使之留在催化劑中。節(jié)省原料角度，稀硝酸好溶液制好后，還要加堿中和沉淀，所以過剩酸量越少越好。7.提高鹽類在溶劑中的溶解度措施有:提高溫度利用生成弱電解質(zhì)的方法利用氧化還原法精品.利用生成絡(luò)合物的方法8.提高鹽類在溶劑中溶解速度的措施升高溫度增加顆粒表

4、面積加強(qiáng)攪拌9 沉淀法制催化劑的工藝過程示意圖：10.沉淀法制備催化劑，沉淀劑滿足的條件：盡可能使用易分離并含易揮發(fā)成分的沉淀劑。形成的沉淀物便于過濾和洗滌沉淀劑的溶解度應(yīng)大一些形成沉淀劑的溶解度應(yīng)小些沉淀劑必須無毒，不應(yīng)使催化劑中毒或造成環(huán)境污染。不帶入不溶性雜質(zhì)，以減少后處理的困難。11.晶體成核的好壞與晶核生長(zhǎng)速率與晶核長(zhǎng)大速率的關(guān)系：如果晶核的生長(zhǎng)速率大大超過晶核長(zhǎng)大的速率，則溶質(zhì)分子很快聚集為大量的晶核，溶質(zhì)分子濃度迅速下降，溶液中沒有更多的分子聚集到晶核，溶質(zhì)分子濃度迅速下降，溶液中沒有很多的分子聚集到晶核上，于是晶核迅速聚成細(xì)小的無定形顆粒，這樣就會(huì)得到非晶形成沉淀，甚至膠體；反

5、之，如果晶核長(zhǎng)大的速率大大超過晶核的生成速率，溶液中最初形成的晶核不是很多，更多的離子以晶核為中心，依次排列長(zhǎng)大而生成顆粒較大的晶形沉淀。 精品.12.晶形沉淀的形成條件：沉淀應(yīng)該在適當(dāng)稀溶液中進(jìn)行沉淀時(shí)，沉淀劑應(yīng)該在不斷攪拌下均勻而緩慢的加入。沉淀應(yīng)在熱溶液中進(jìn)行沉淀應(yīng)放置熟化13.溶解度在10-6-10-12之間的氫氧化物，沉淀物的初始離子大小基本相同？溶解度在10-6-10-12的氫氧化物，溶解度很小，而平常配置溶液的濃度為0.011m數(shù)量級(jí)，大大高于其溶解度，即co-c很大，溶液的過飽和度很大。所以膠核生成速度很快，而膠粒生成的控制步驟不是離子在晶體表面的表面反應(yīng)速度，而是由溶質(zhì)的擴(kuò)散

6、速度控制，只要濃度相同，上述許多離子擴(kuò)散速度都差不多。因此，他們的初始離子的大小基本一致，都在40+10a.14.膠體的雙電層理論:在膠體溶液中，固液界面處，固體表面由于由于電離或吸附離子而帶電。而在固體表面的周圍分布著與它電性相反電荷相等的離子，稱為反離子。由于運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散，最靠近固體表面的離子層濃度大，以后逐漸稀少，在距離固體表面d處，達(dá)到溶液的平均濃度。15.增液溶膠穩(wěn)定的原因:溶膠動(dòng)力穩(wěn)定性，膠粒的布朗運(yùn)動(dòng)精品.膠粒帶電的穩(wěn)定作用溶劑化的穩(wěn)定作用16.導(dǎo)致溶膠凝結(jié)的措施:電解質(zhì)作用 a加入與膠粒電荷相反的離子b 加入相同價(jià)數(shù)的離子其他 憎液溶液的相互凝結(jié) 提高膠體濃度 提高溫度 加入高分

7、子化合物17.沉淀老化過程主要發(fā)生的現(xiàn)象主要發(fā)生顆粒長(zhǎng)大，晶型完善，凝膠脫水收縮等現(xiàn)象。18.沉淀法制催化劑，帶入雜質(zhì)的原因：表面吸附形成混晶生成共沉淀機(jī)械包藏19沉淀法制備催化劑，加料方式:正加法反加法并流加料20 沉淀再凝結(jié)和聚結(jié)的原理再凝結(jié)時(shí)沉淀和溶解在母液是動(dòng)態(tài)平衡的過程，生成的晶體不規(guī)則，帶有許多缺陷，大小顆粒同時(shí)存在，由公式ln(c*/c。)=26m/rtr顆粒越小，溶解度越大，大顆粒對(duì)小顆粒處于相對(duì)飽和，小顆粒逐漸溶解，大顆粒從表面沉淀下來。聚結(jié) 顆粒相互接觸合并長(zhǎng)大，因?yàn)榘家好嫔系娘柡驼羝麎盒∮谄矫娴娘柡驼羝麎?，凹液面半徑越小，平衡蒸汽壓越小，溶解度越大越易聚結(jié)。21.對(duì)沉淀晶

8、型影響因素：老化原料濃度加料方式沉淀溫度與沉淀時(shí)溶液的ph值加料速度與攪拌強(qiáng)度精品.22.選擇浸漬液的要求a 易溶于溶劑b活性組分的鹽類對(duì)熱不穩(wěn)定，這樣在以后的煅燒工序時(shí)易分解得到所需要的活性組分。c在煅燒和還原中，活性組分不揮發(fā)，且不殘留對(duì)催化劑有毒成分d價(jià)廉易得23.活性組分負(fù)載量的計(jì)算式負(fù)載量惰性載體上負(fù)載的活性組分氧化物的量 24浸漬法的原理是什么？25.競(jìng)爭(zhēng)吸附時(shí)，球形催化劑上活性組分的分布形式？蛋殼型 均勻型 蛋黃型 蛋白型 加厚蛋白型 26硅酸鋁也載體上其質(zhì)字酸與金屬絡(luò)離子如何進(jìn)行交換？硅酸鋁是sio2、al2o3混合物，有很強(qiáng)酸性，質(zhì)子酸，其質(zhì)子酸不能直接與金屬絡(luò)離子進(jìn)行交換，

9、必須先用氨水先與硅酸鋁進(jìn)行銨交換，是氫離子與銨根離子交換，然后就可以進(jìn)一步與金屬離子交換了。27.活性炭載體表面如何實(shí)現(xiàn)與其交換的？與硅酸鋁類似，需先把活性炭預(yù)先與濃硝酸煮沸幾小時(shí)，在c表面生成了可進(jìn)行交換的羧基，則就可以與金屬離子交換了。28滾涂法：將活性組分放在一個(gè)可以搖動(dòng)的容器中，再將載體布于其上，經(jīng)過一段時(shí)間的滾動(dòng)，活性組分逐漸粘附在載體上。噴涂法：噴涂法操作與滾涂法類似，但活性組分不是同載體混在一起，而是用噴槍或其他手段噴附于載體上。精品.混合法：將幾種組分用機(jī)械混合的方法制成多組分催化劑。熔融法：在高溫下進(jìn)行催化劑組分的熔合，使之成為均勻的混合體，合金固溶體或氧化物溶體。瀝濾法：用

10、堿除去不具備催化活性的金屬而形成骨架，活性金屬原子在其中均勻地分散著，稱為骨架催化劑。過程：將活性組分金屬和非活性金屬在高溫下熔融，做成合金，將合金粉碎后用苛性鈉溶解除去非活性金屬得骨架催化劑。29.干燥對(duì)催化劑物化性質(zhì)的影響：a 凝膠孔結(jié)構(gòu) b 催化劑機(jī)械強(qiáng)度 c 溶質(zhì)的遷移30干燥時(shí)，溶質(zhì)在催化劑上的洗出規(guī)律：干燥時(shí)，如果慢速干燥，在遷移氣化的作用下，溶液不斷從顆粒內(nèi)遷移到顆粒表面，并隨溶劑的氣化，溶質(zhì)不斷從表面析出。如果快速干燥，溶劑在表面蒸發(fā)速率快，孔內(nèi)彎曲液面在干燥過程中不斷下降，當(dāng)活性組分達(dá)到飽和時(shí)，活性組分就會(huì)在孔壁沉積，形成較均勻分布。31.煅燒過程物理變化：比表面積、粒度、孔

11、結(jié)構(gòu)、表面酸性與活性煅燒過程化學(xué)變化：熱分解、互溶與固相反應(yīng)、晶型轉(zhuǎn)變32.影響還原溫度的因素：還原前煅燒溫度，還原溫度，還原氣組成與流速33催化劑成型方法，得到催化劑的特點(diǎn)？壓片法，形狀一致，大小均勻，表面光滑，機(jī)械強(qiáng)度高。擠出成型法，可得到固定直徑，長(zhǎng)度可在較寬范圍變化顆粒，與與壓片法相比，其生產(chǎn)能力大得多，強(qiáng)度比壓片法低。精品.轉(zhuǎn)動(dòng)造粒法，成球形催化劑噴霧干燥成型和油柱成型，(成小球)，微球產(chǎn)品，形狀規(guī)則，表面光滑，具有良好機(jī)械強(qiáng)度34. 成型助劑和粘結(jié)劑分類成型助劑分為 粘結(jié)劑，潤(rùn)滑劑，孔結(jié)構(gòu)改性劑粘結(jié)劑 分 基體粘結(jié)劑 薄膜粘結(jié)劑 化學(xué)粘結(jié)劑35.影響成型的因素以及成型對(duì)催化劑性質(zhì)的

12、影響因素：原料粉體粒度，原料粉體性質(zhì)，成型助劑用量性能影響：a機(jī)械強(qiáng)度影響b活性影響c 孔結(jié)構(gòu)影響36.擠出成型對(duì)催化劑性能的影響a 粉體顆粒度 b 混捏時(shí)間和方式 c 水粉比 d 助擠劑37.噴霧干燥原理：把漿料高速通過噴頭(霧化器)將原漿料液分散成霧滴，并用高溫氣流干燥微球；油柱成型原理：將溶膠滴入油類中，利用介質(zhì)和溶液本身的表面張力將物料切割小液滴并收縮成小球38.連續(xù)流動(dòng)攪拌反應(yīng)器和活塞流動(dòng)反應(yīng)器的速率推導(dǎo)：精品.39.常用實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器分類及特點(diǎn)a 脈沖反應(yīng)器，用于催化劑篩選，測(cè)活性和選擇性，也有用于動(dòng)力學(xué)和基理研究的地方體系簡(jiǎn)單，只需少量催化劑和反應(yīng)物b無梯度反應(yīng)器,避免了可能存在的

13、溫度梯度和濃度梯度，用于動(dòng)力學(xué)研究c間歇反應(yīng)器 裝卸時(shí)間短，投資少，主要用于研究高壓，高溫，用高壓釜快速篩選催化劑d管式反應(yīng)器，不銹鋼的，適用于很寬的溫度和壓力范圍40. 活性測(cè)定需要注意的幾個(gè)因素：a反應(yīng)氣體嚴(yán)格凈化，控制有害物質(zhì)的含量b根據(jù)原料的特征，選用合適的分析方法和流量測(cè)量方法c 把催化劑床層內(nèi)的溫度梯度和濃度梯度將到最低，以確保測(cè)定是在動(dòng)力學(xué)區(qū)內(nèi)進(jìn)行d 消除管壁效應(yīng)精品.四解析與分析1 描述晶核的生成機(jī)理和生成速度,提高晶核生成速度的措施有哪些?提高晶核生成速度:a溶液的過飽和度越大，晶核生成速度越大b 固液界面的表面張力越小，晶核生成速度越大c溫度d雜質(zhì)2 描述晶核的長(zhǎng)得機(jī)理和生

14、成速度，影響晶核長(zhǎng)大速度的因素有哪些？影響晶核長(zhǎng)大速度的因素：a溶液過飽和度b溫度c攪拌d晶種第三四章一、 概念物理化學(xué)吸附法：通過吸附質(zhì)對(duì)多孔物質(zhì)進(jìn)行非選擇性吸附來測(cè)定比表面積。化學(xué)吸附法：通過吸附質(zhì)對(duì)多組分固體催化劑進(jìn)行選擇吸附而測(cè)定各組分的表面積。堆積密度或表觀密度：用量筒測(cè)量催化劑體積時(shí)，所得的密度。顆粒密度(汞置換)：?jiǎn)瘟４呋瘎┑馁|(zhì)量與其幾何體積之比。真密度(骨架)：當(dāng)測(cè)量的體積僅僅是催化劑骨架體積時(shí)，得到的密度稱為真實(shí)密度。精品.催化劑孔體積：催化劑內(nèi)所有細(xì)孔體積的總和。比孔體積：每克催化劑顆粒內(nèi)所有的孔體積總和稱為比孔體積?？紫堵剩捍呋瘎┑目左w積與整個(gè)顆粒體積的比?？箟核閺?qiáng)度：被

15、測(cè)催化劑均勻施加壓力直至顆粒粒片被壓碎為止前所能承受的最大壓力或負(fù)荷。堆積壓碎強(qiáng)度：某壓力下一定量催化劑的破碎率。磨損率：一定時(shí)間內(nèi)被磨損掉樣品重量與原始重量的比值。磨損強(qiáng)度：一定時(shí)間內(nèi)磨損前后樣品重量的比值。熱重法：在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。差熱分析：在程序控溫下，測(cè)量物質(zhì)和參比物的溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。差士掃描量熱法：dsc,在程序控制溫度下，測(cè)量輸入到物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的技術(shù)。二 填空2 影響熱分析曲線的因素有 試樣因素 條件因素 儀器因素三 簡(jiǎn)答題1.推導(dǎo)催化劑的比孔體積與催化劑顆粒密度和真實(shí)密度之間的關(guān)系。精品.2.推導(dǎo)催化劑的孔隙率與催

16、化劑的比孔體積和催化劑密度之間的關(guān)系。3.利用x射線小進(jìn)行物相定性和定量分析依據(jù)是什么？x-射線衍射儀由哪幾部分組成？精品.4.差熱分析定性與定量的依據(jù)是什么？差熱分析儀由哪幾部分組成？依據(jù)峰的位置，峰面積，峰形狀峰的位置可作為鑒別物質(zhì)或其變化的定性依據(jù)峰面積可以表征熱效應(yīng)大小，是計(jì)算反應(yīng)熱的定量依據(jù)峰形狀取決于樣品變化的過程。差熱分析儀由 試樣部分、加熱部分、溫度調(diào)節(jié)部分和測(cè)定記錄部分組成5.dsc和dta在測(cè)量原理上有何區(qū)別？dsc采用零位平衡原理，要求試樣與參比物的溫差不論試樣吸熱還是放熱都要處于零位平衡狀態(tài)，測(cè)量輸入到試樣與參比物的功率差隨溫度變化關(guān)系。dta是把試樣和參比物放在相同的加熱和冷卻條件下，記錄二者溫差隨隨溫度的變化關(guān)系6影響熱分析曲線的因素有哪些？a 試樣因素 顆粒大小，試樣重量b 條件因素 加熱速度c 儀器因素 干鍋的材質(zhì)，熱電偶7利用xps進(jìn)行物相定性和半定量的依據(jù)是什么？xps由哪幾部分構(gòu)成？定性：ek=hr-eb-whr為光電子能量，w儀器的功函數(shù)，eb電子結(jié)合能，因?yàn)楦鞣N原子，分子的軌道電子，其結(jié)合能是一定的，不同元素的特征峰不同，從而獲得樣品表面的各種性質(zhì)。精品.半定量:根據(jù)峰的強(qiáng)度與樣品中原子的濃度直接相關(guān)。