第4章 催化剂制备与使用(简化)

催化剂制备
催化剂是一种特殊的物质，能够改变物质的化学反应速率，在化学催化的加工工艺中，它们扮演着重要的角色。

催化剂的制备一般需要一个彻底的步骤，一般可以分为准备，加工，测试三个步骤。

在准备阶段，首先需要准备原始原料，然后按照配方将原料混合煅烧，进行桥氰化、氧化和其它必要的反应。

在加工阶段，首先需要制备合格的原料，包括金属氧化物粉体，这种原料可以由微粉磨机研磨成标准粒径，并且粒径分布要满足相关的技术要求。

然后，将备好的原料混合煅烧，以获得预期的催化剂。

最后，要对所制备的催化剂进行测试，测试反应速度和作用力学活性。

如果测试结果不理想，则需要重新准备材料，重新混合煅烧，再次测试，以确定最终的制备工艺参数，最后，可以实现理想的催化剂制备。

催化剂的制备不仅需要类似的步骤，而且需要对原料的分散程度，反应的温度，时间和粒度要严格控制和管理。

该过程中，催化剂的结构及其活性也有很大对于最后产品质量的影响，必须仔细研究和加以改进，以获得理想的结果。

只有经过在此过程中谨慎地实践，才可以制备出质量优良的催化剂，以满足工业的需求。

第四章金属催化剂及其催化作用4.1 金属催化剂的应用及其特性4.1.1 金属催化剂概述及应用金属催化剂是一类重要的工业催化剂。

主要包括块状催化剂，如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等；分散或者负载型的金属催化剂，如Pt-Re/-Al2O3重整催化剂，Ni/Al2O3加氢催化剂等；4.1.2 金属催化剂的特性几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。

过渡金属能级中都含有未成对电子，在物理性质中表现出具有强的顺磁性或铁磁性，在化学吸附过程中，这些d电子可与被吸附物中的s电子或p电子配对，发生化学吸附，生成表面中间物种，从而使吸附分子活化。

金属适合于作哪种类型的催化剂，要看其对反应物的相容性。

发生催化反应时，催化剂与反应物要相互作用。

除表面外，不深入到体内，此即相容性。

如过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，因为H2很容易在其表面吸附，反应不进行到表层以下。

但只有“贵金属”（Pd、Pt，也有Ag）可作氧化反应催化剂，因为它们在相应温度下能抗拒氧化。

故对金属催化剂的深入认识，要了解其吸附性能和化学键特性。

4.2 金属催化剂的化学吸附4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系不同的金属催化剂的化学吸附能力取决于各种因素，包括金属化学性质、气体化学性质、金属结构、吸附条件等等，见表4－3。

1 具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附2 电子云重叠少，吸附弱；电子云重叠多，吸附强。

3 气体的化学性质越活泼，化学吸附越容易。

4 吸附条件也有一定影响。

低温有利于物理吸附，高温有利于化学吸附（但不能太高，否则TPD怎么做？）。

压力增加对物理吸附和化学吸附都有利。

4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系金属催化剂催化活化的过程可以看成是化学吸附的过程，化学吸附的状态与金属催化剂的逸出功及反应物气体的电离势有关。

1 电子逸出功：将电子从金属催化剂中移到外界所需的最小功，或电子脱离金属表面所需的最低能量。

实验方案采用酸化后凹凸棒土(ATP)做载体，通过分步浸渍法分别浸渍含量为10%Ni 与杂多酸催化剂制备：酸化凹凸棒土：配制一定浓度的5 mol/L 的硝酸，取20 g ATP 粉末置于500 mL 烧杯中，向烧杯中加入100 mL 的5 mol/L 硝酸溶液搅拌均匀后封口置于水浴锅中60 ℃ 恒温搅拌2 h ，，以去离子水洗至上层清液为中性，酸化后ATP 洗至中性，取出烧杯于常温下静置，进行抽滤，获得滤饼。

将滤饼于100 ℃烘箱中干燥12 h ，研磨粉碎、过筛，最后在600 ℃ 下煅烧4 h ，升温速率4 ℃/min 。

1、负载活性金属：（1）Ni 负载总量为10%， 则：% 105N N =+ N=5/9 g 1 Ni 1 Ni(NO 3)2·6H 2O带入：g 2.7528290.8158.69X M M m m 硝酸镍Ni Ni 硝酸镍=⨯=⋅= 称取2.7528 g Ni(NO 3)2·6H 2O 置于250 mL 烧杯中，加入80 mL 去离子水完全溶解，形成溶液I 。

称取5.00 g 实验室改性后的ATP ，加入溶液I 中，封口后在常温下搅拌2小时，充分混匀后置于水浴锅中恒温60 ℃ 搅拌12 h ，之后在90 ℃ 恒温水浴锅中搅拌至蒸干，蒸干过程用少量去离子水冲洗内壁，已达到充分混合。

蒸干后收集置于烘箱干燥12小时，研磨粉碎、过筛，最后在管式反应炉中500 ℃ 煅烧4h ，升温速率2 ℃/min 。

固体收集后称为Ni/ATP 。

2、负载杂多酸：取计算好的含量占10 %的杂多酸置于烧杯中，加水完全溶解，再加入 5 g Ni/ATP ，充分混匀后置于60 o C 水浴锅中搅拌12 h ，之后蒸干，干燥、研磨后收集记为HPA-Ni/ATP 。

催化剂的制备及其在化学反应中的应用催化剂是指能够极大地提高化学反应速度的物质，是许多化学反应工业化生产中不可或缺的一环。

催化剂制备的方法有很多种，其中包括物理法、化学法、生物法等等。

物理法催化剂制备主要是利用物理性质来制备催化剂。

首先要获得纯净的金属材料，然后将其加工成处理器件，最后在特定的温度和气压下进行处理，形成催化剂。

化学法催化剂制备主要是把化学反应过程作为催化剂制备的过程。

例如有机合成中使用的氧化钒催化剂，就是将钒以某种特定的方式与其他化合物反应，在适当的条件下制备而成。

生物法催化剂制备主要是利用生物学的技术和知识制备催化剂。

例如酶制造，就是使用基因工程技术生产特定的酵素，然后将其用作催化剂。

同时，生物法还包括利用生物体内的酵素或细胞作为催化剂的方法。

催化剂在化学反应中起到至关重要的作用，能够加速化学反应进度，改善反应条件，提高反应产率和化学反应的选择性等。

催化剂在大量的化学反应中都得到了广泛的应用，下面主要介绍几个典型的应用。

1. 环氧化反应环氧化反应是乙烯与过氧化氢反应生成环氧乙烷的反应。

在反应中，过氧化氢水解为氧气和水，同时氧原子与乙烯发生加成反应生成环氧乙烷。

在该反应中，以钒、钼等过渡金属或酸性凝胶催化剂为固定的催化剂可以起到非常好的效果，使环氧乙烷的收率大大提高。

2. 氧化反应氧化反应是指将有机化合物中含有的碳、氢等元素氧化为更氧化状态的的反应。

氧化反应在很多有机合成中都得到了广泛的应用，如制备甲醇、丙烯酸、吲哚等。

在这些反应中，空心球化铁酸催化剂的使用能够使化学反应效果得到优化，在反应的选择性和收率上都有很好的表现。

3. 加氢反应加氢反应是将烯烃或芳香烃中的π键和氢气加成生成饱和化合物的反应。

加氢反应是许多化学反应中的关键步骤，也是制备化学品的一项重要工艺。

在加氢反应中，钯、铱、铂、镍等催化剂经常用来催化反应，以使效果达到最优。

总的来说，催化剂的制备和利用已经成为现代化学生产中非常重要的一部分。

催化剂制备及应用催化剂是一种能够加速化学反应速率，同时不被反应所消耗的物质。

催化剂在许多工业过程中起到重要的作用，可以提高反应产率，降低能耗，减少废物产生等。

下面将首先介绍催化剂的制备方法，然后探讨催化剂在各个领域的应用。

催化剂的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。

物理法主要通过物理方法调整催化剂的形貌和结构。

例如，可以通过溶胶凝胶法合成具有特定孔径和表面积的催化剂颗粒。

化学法则是利用化学反应合成催化剂，常用的方法包括共沉淀法、沉积法、水热合成法等。

例如，通过改变沉淀反应的温度、pH值、反应物浓度等条件，可以得到具有不同晶相和组成的催化剂。

生物法则是利用生物体制备催化剂，例如利用酶或微生物合成特定催化剂。

这些制备方法可以根据所需催化剂的性质和应用领域选择合适的方法。

催化剂在化学工业中具有广泛的应用。

以催化裂化为例，它是石油炼制中的重要工艺，能将重质石油分子裂解为轻质燃料和化工原料。

在催化裂化过程中，使用沸石作为催化剂可以提高反应选择性和产率。

此外，催化剂还在有机合成、氧化还原反应等领域有重要的应用。

例如，金属催化剂可以催化羰基化合物的加氢反应，将醛酮还原为相应的醇。

此外，催化剂还广泛应用于环境保护领域，例如汽车尾气净化中使用的三元催化剂可以将一氧化碳、氮氧化物和有机物转化为无害物质。

催化剂的应用还延伸到能源领域。

例如，在燃料电池中，催化剂可以加速氧气的还原反应和燃料的氧化反应，将化学能转化为电能。

铂是燃料电池催化剂中常用的材料，因为它具有良好的催化活性和稳定性。

此外，催化剂还可以应用于可再生能源的转化和利用中。

例如，光催化剂可以通过光激发产生电子-空穴对，从而催化水的光解制氢，为可再生能源提供氢燃料。

此外，催化剂在生物医药领域也具有广泛的应用。

例如，有机合成中催化剂的应用可以高效合成复杂的药物分子。

此外，酶催化剂可以用于生物转化和生物分析等领域。

例如，葡萄糖氧化酶可以将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，用于血糖检测。

高效催化剂的制备和应用催化剂是一种能够促进化学反应的物质。

催化剂可以降低反应的活化能，使得反应更容易发生。

催化剂在化学工业、环境保护和生物学等领域有着广泛的应用。

高效催化剂的制备和应用已经成为了研究的热点之一。

催化剂的制备催化剂的制备通常需要通过多步反应来实现。

最常用的方法是沉积法，通过在活性载体上附着催化剂的方式来制备催化剂。

这种方法的优点是催化剂的形状易于控制，具有较高的选择性和反应速率。

另一种方法是溶胶凝胶法，通过在溶胶中向适当的催化剂前体加入一定的试剂，形成胶体，再将其烘干，形成固体态催化剂。

这种方法制备的催化剂具有高比表面积和较高的催化活性，但难以控制催化剂的形状和分散性。

催化剂的应用催化剂的应用范围非常广泛，下面将列举几个具有代表性的研究领域。

1. 化学催化：催化剂在有机化学反应中有着广泛的应用。

例如，钯催化的Suzuki偶联反应、不对称氢化、不对称环氧化、环加成反应等。

这些反应可以制备高纯度的化合物，提高反应的选择性和产率。

2. 环保催化：催化剂在环保领域发挥着重要作用。

例如，三元催化剂的氧化反应可以在低温下使得有害气体变得无害。

催化剂还可以用于处理废水和废气等环境问题。

3. 能源催化：催化剂对于能源开发和利用也具有很重要的作用。

例如，铂催化剂被广泛用于制备汽车废气处理催化转化器，这可以将发动机的有害废气转化为无害气体。

此外，燃料电池、燃煤污染控制、天然气转化等领域也需要使用催化剂。

总结催化剂在化学、环境和能源等领域有着广泛的应用。

高效催化剂的制备需要经过多步反应，通常使用沉积法和溶胶凝胶法。

催化剂的应用涵盖了很多领域，包括化学反应、环保、能源等。

未来，催化剂将继续扮演着重要的角色，推动人类社会的进步。

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在进行催化剂制备之前，需要进行充分的准备。

1. 确定催化剂类型和性能要求：首先要根据具体的反应需求明确所需催化剂的类型，比如是固体催化剂、液体催化剂还是气体催化剂等，同时确定对催化剂活性、选择性、稳定性等性能方面的具体要求。

化工催化剂的制备与应用化工催化剂是化学反应中必不可少的关键部分，它能够加速反应速率、改善反应选择性，拓宽反应温度范围等，其应用范围广泛，如石油化工、有机合成、生物医药等。

本文将简要介绍化工催化剂的制备方法以及其应用领域。

制备方法目前，化工催化剂的制备方法主要有物理法、化学法和物理化学法三种。

物理法主要是将不同尺寸、结构和性质的物质混合，制备出多孔介质催化剂，如氧化铝、硅胶等。

化学法则是利用化学反应原理，将所需要的活性组分制备出来，然后将其载于载体上，如纳米金属活性组分催化剂、氧化物活性组分催化剂等。

物理化学法则是将物理法和化学法相结合，制备出性质更加复杂的催化剂体系，如纳米复合催化剂等。

在以上三种主要制备方法中，物理化学法制备的催化剂具有活性组分分散度高、催化效率好等优势，是目前催化剂研究和应用领域最为关注和重要的制备方法。

应用领域化工催化剂通过改变化学反应物和条件，实现对反应速率和选择性的控制，逐渐成为化学工业和生物制药中必不可少的关键技术之一，其应用领域极为广泛。

石油化工石油化工催化剂主要是用于石油加工中，其作用是将原油中的成分分离出来，并进行精制，以获取各种石油产品，如汽油、柴油、航空燃料、润滑油等。

石油加工催化剂的主要成分是贵金属和无机氧化物，其催化作用使得石油用途更加广泛和灵活，有利于提高炼油成品率，提高边际生产效益。

有机合成有机合成催化剂的应用范围极广，其种类有无数之多，如酸催化剂、碱催化剂、金属碳氢化合物催化剂、卤代烃活化剂等等。

在有机反应中，合成催化剂不仅能够加速反应速率，提高反应密度，而且可以调节反应条件，提高反应产率、选择性和纯度，实现绿色化合成。

生物医药生物催化剂也是化工催化剂的重要组成部分，可用于生物制药中，如抗体制备、酶制备、生物质分解等。

此外，与金属催化剂相比，酶催化剂具有生物兼容性好、催化效率高、反应选择性高、环境友好等优点，因此在反应精细化合成、生物传感器、医用材料等领域有广泛的应用。

化学催化剂的合成与应用化学催化剂是一种能够加速化学反应速度并改变反应路径的物质，其广泛应用于现代化学工业领域，从生产有机化学品到处理能源和环境问题，都有着重要的地位。

催化技术的发展对于现代社会的经济和环境有着巨大的影响，因此催化学科的研究也越来越重要。

化学催化剂的合成化学催化剂的合成基本上包括两个方面，一是物质的选择，二是催化剂的原料制备和反应条件的调节。

物质的选择：制备催化剂需要催化剂产生的反应物，反应液和反应条件。

根据所要加速反应的化学性质，选择不同的化学成分，如铂、钯等贵金属，铜、钼等贵金属的合金，以及氧化物、氯化物、硝酸等无机化合物和有机催化剂。

催化剂的原料制备和反应条件的调节：在化学催化剂的制备过程中，要根据催化反应的性质，进行原料的处理，如化学反应过程中需要去除杂质，调配反应物浓度、相对比例及添加另外的添加剂等等。

同时，要合理控制反应温度、反应压力等，以使催化剂在反应过程中有良好的效果。

化学催化剂的应用化学催化剂广泛应用于各个领域，包括石油、医药、精细化工、环境保护等，下面我们就单独探讨其中几个应用领域。

1. 石油催化裂化石油催化裂化技术是目前世界上用于生产高级燃料和化学原料的主要方法之一，也是利用化学催化剂生产汽油和其他烃类的主要途径。

在催化裂化过程中，催化剂会加速原油中长链烷烃的裂解，使其裂解成短链烃烷、烯烃和芳香化合物，从而提高汽油辛烷值、馏程和它的抗爆性能。

总的来说，催化裂化技术是提高石油加工质量的一个最基本的途径之一。

2. 医药催化反应活性催化剂在医学领域里也有广泛应用。

例如，钯与铂等贵金属及其化合物是一些肿瘤化疗药物的重要成分和催化剂。

同时，活性催化剂还用于生产抗生素和其他医药中间体，以及苯胺与盐酸的还原反应，这也是合成染料或染料中间体的重要方法之一。

3. 环境保护催化反应除了石油和医药领域之外，化学催化反应还在环境保护等领域中得到应用。

例如，氧化剂的活性催化剂用于处理污水和排气系统中的一些环境问题。