固体催化剂的制备方法

固体催化剂制备原理1.固体催化剂的原理固体催化剂的作用原理主要涉及到催化剂表面上的活性中心和反应物之间的相互作用过程。

催化剂的活性中心通常是一些具有特定结构和化学性质的表面位点或团簇，它们能够吸附反应物分子，并且在表面上发生化学反应，从而加速反应物之间的相互转化。

在催化剂作用下，反应物分子在活性中心上发生吸附、解离、重组等过程，从而形成新的反应产物。

固体催化剂的活性中心通常具有特定的结构和化学性质，这些特性决定了催化剂对特定反应的催化活性和选择性。

催化剂的化学成分、晶体结构、表面性质等因素都会影响其活性中心的性质。

因此，固体催化剂的制备需要考虑到这些因素，通过选择合适的材料和合适的制备方法，来调控催化剂的表面性质和活性中心的性质，从而实现对特定反应的高效催化。

2.固体催化剂的制备方法固体催化剂的制备方法主要包括物理方法、化学方法和物理化学方法等几种。

物理方法主要是利用物理手段，通过物理过程来制备催化剂，如物理吸附、离子交换、溶胶-凝胶法、固体磺酸法等；化学方法主要是利用化学反应来制备催化剂，如沉淀法、共沉淀法、沉淀-还原法等；物理化学方法则是结合了物理和化学手段，比如物理化学合成法、模板法、微波辐照合成法等。

物理方法是通过物理作用，改变原料的物理性质而实现催化剂的制备。

此类方法适用于制备无机氧化物和复合催化剂。

化学方法是通过化学反应，改变反应物质的化学性质从而制备催化剂。

此类方法适用于制备金属催化剂和贵金属催化剂。

物理化学方法是结合了物理和化学手段，通过物理方法改变原料物理性质，再通过化学反应改变化学性质从而实现催化剂的制备。

此类方法适用于复杂结构的催化剂。

3.固体催化剂的制备原理固体催化剂的制备原理主要涉及到催化剂材料的选择、合成方法的选择和制备过程的条件控制。

首先是选择合适的催化剂材料，催化剂材料一般应具有高的比表面积、良好的热稳定性、合适的孔结构和丰富的活性中心。

其次是选择合适的合成方法，根据所需的催化剂性质和应用需求，选择合适的合成方法。

催化剂常用制备方法固体催化剂的构成●载体（Al2O3 ）●主催化剂（合成NH3中的Fe）●助催化剂（合成NH3中的K2O）●共催化剂（石油裂解SiO2-Al2O3催化剂制备的要点●多种化学组成的匹配–各组分一起协调作用的多功能催化剂●一定物理结构的控制–粒度、比表面、孔体积基本制备方法：⏹浸渍法(impregnating)⏹沉淀法(depositing)⏹沥滤法(leaching)⏹热熔融法(melting)⏹电解法(electrolyzing)⏹离子交换法(ion exchanging)⏹其它方法固体催化剂的孔结构（1）比表面积Sg比表面积：每克催化剂或吸附剂的总面积。

测定方法：根据多层吸附理论和BET方程进行测定和计算注意：测定的是总表面积，而具有催化活性的表面积（活性中心）只占总表面的很少一部分。

内表面积越大，活性位越多，反应面越大。

（2）催化剂的孔结构参数密度：堆密度、真密度、颗粒密度、视密度比孔容（Vg）：1克催化剂中颗粒内部细孔的总体积.孔隙率(θ):颗粒内细孔的体积占颗粒总体积的分数．(一) 浸渍法⏹通常是将载体浸入可溶性而又易热分解的盐溶液(如硝酸盐、醋酸盐或铵盐等)中进行浸渍，然后干燥和焙烧。

⏹由于盐类的分解和还原，沉积在载体上的就是催化剂的活性组分。

浸渍法的原理●活性组份在载体表面上的吸附●毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部●提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度）●活性组份在载体上的不均匀分布浸渍法的优点⏹第一，可使用现成的有一定外型和尺寸的载体材料，省去成型过程。

（如氧化铝，氧化硅，活性炭，浮石，活性白土等）⏹第二，可选择合适的载体以提供催化剂所需的物理结构待性．如比表面、孔径和强度等。

⏹第三，由于所浸渍的组分全部分布在载体表面，用量可减小，利用率较高，这对贵稀材料尤为重要。

⏹第四，所负载的量可直接由制备条件计算而得。

浸渍的方法⏹过量浸渍法⏹等量浸渍法⏹喷涂浸渍法⏹流动浸渍法1.1、过量浸渍法⏹即将载体泡入过量的浸渍液中，待吸附平衡后，过滤、干燥及焙烧后即成。

第九章催化剂制备基本原理第一课时：固体催化剂一般制备方法及晶体沉淀过程教学目的：了解固体催化剂孔结构与反应的关系及晶体沉淀过程教学难点：晶体沉淀过程知识重点：孔结构与反应的关系及晶体沉淀过程优良的工业催化剂须具有活性、选择性好，寿命长，机械强度高，容易再生，成本价廉，原料自给等各方面的先进指标。

要达到这些指标，都要经历一个周密的筛选和反复试制的过程。

已经投产的催化剂，也有必要通过改造、革新，不断地提高上述某一方面或几方面的性能。

以前研制一种催化剂，要经过数以万计的配方试验，盲目性很大，然而，半个多世纪以来，人们从大量的实践经验逐渐总结出了催化剂的制备规律，并通过基础研究的配合，逐渐建立起有一定科学依据的催化反应与催化剂的分类；而且由于有了比较有效的现代物理、化学的检验和评价方法，现在催化剂制备中的盲目性大大地减少了。

目前工业上使用的催化剂，大多数是固体催化剂，本章介绍的催化剂制备，除特别指出者外，都限于此类型。

催化剂制备一般经过三个步骤：(1) 选择原料及原料溶液配制。

选择原料必须考虑原料纯度(尤其是毒物的最高限量)及催化剂制备过程中原料互相起化学作用后的副产物(正、负离子)的分离或蒸发去除的难易。

(2) 通过诸如沉淀、共沉淀、浸溃、离子交换、化学交联中的一种或几种方法，将原料转变为微粒大小、孔结构、相结构、化学组成合乎要求的基体材科。

(3) 通过物理方法(诸如洗涤、过滤、干燥、再结晶、研磨、成型)及化学方法(诸如分子间缩合、离子交换、加热分解、氧化还原)把基体材料中的杂质去除，并转变为宏观结构、微观结构以及表面化学状态都符合要求的成品。

在这些步骤中涉及化学过程(晶形沉淀或共沉淀，胶凝或共胶凝，复分解，氧化还原，表面官能团交联)，流体动力学过程(液体混合，悬浮液分离、扩散、沉降)，热过程(加热、冷却、蒸发、凝缩、结晶、吸附、干燥、灼烧)，以及机械过程(固体物料的混合、研磨、选粒、成型)。

本章主要叙述制备中为达到一定的宏观与微观结构所要求的化学过程原理及其有关流体动力学过程、热过程、机械过程的某些必要知识。

1. 稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+催化剂制备：将8g SbC13溶于40mL乙醇和20mL苯的混合液中，搅拌充分溶解后得透明锑醇液，再向溶液中加入10mL异丙醇，使醇化反应进行得更彻底，然后加入少量阴离子表面活性剂，并滴加氨水，使之发生水解反应，得到胶状沉淀，低温化12h左右，多次洗涤至无Cl-检出。

滤饼于110℃烘干后，研磨过100目筛。

搅拌下将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8溶液中lh，用量为每克Sb2O3用15mL(NH4)2S2O8溶液，抽滤，烘干，置于马弗炉中焙烧，得S2O82-/ Sb203催化剂。

将Sb2O3浸渍在一定浓度的(NH4)2S2O8和一定浓度的La(NO3)3的混合液1h，抽滤、烘干置于马弗炉在不同的温度和时间下焙烧，得一系列S2O82-/ Sb2O3 / La3+固体超强酸催化剂，置于干燥器中备用。

以代号表示不同制备条件下所得催化剂。

参考文献：稀土固体超强酸S2O82- / Sb2O3 / La3+的制备及催化性能研究舒华1，连亨池2，闫鹏2，文胜2，郭海福2(1．学院生化系，554300；2．学院化学化工学院，526061)稀土，2008.12（29卷第6期）2. 稀土固体超强酸SO42-／TiO2-La2O3制备：将一定量La203溶于浓度为3.0 mol·L-1的稀盐酸中，配成La3+溶液，再按一定量比量取TiC14与La3+溶液混合，用NH4·H 0[ w(NH3)=12％]水解至溶液呈碱性，控制pH值在8～9，沉淀完全，静置24 h后进行抽滤，并用蒸馏水不断洗涤至沉淀无Cl-存在(用0.1 mol·L-1的AgNO3检验)，于105℃烘干后研细．再将该粉末浸泡于浓度为0.8 mol·L-1的稀H2SO4中24 h，然后抽滤，放入干燥箱中在110℃烘干，于一定的温度下焙烧活化3 h，冷却后置于干燥器中备用。

固体催化剂的制备方法
固体催化剂的制备方法很多，通常可以分为物理法、化学法和生物法三种类型。

1. 机械混合法
机械混合法是通过粉末磨机、球磨机和高速剪切混合机等机械设备进行材料混合的方法，它可以快速、简便地制备固体催化剂。

机械混合法可以大大降低催化剂的制备成本，但其合成的催化剂粒度分布较广，需要进一步进行热处理。

2. 物理吸附法
物理吸附法是将活性组分直接吸附在载体表面，通常使用颗粒化的活性组分覆盖在载体上形成载体/活性组分组合物。

这种方法可以制备出粒径小而表面积大的催化剂，但由于活性组分粒径不均，其催化效果与均质混合法差异较大。

1. 沉淀法
沉淀法是将活性组分和载体分别分散在溶液中，然后通过将两者混合，加热、搅拌等方法使其沉淀在一起形成固体催化剂。

该方法具有制备工艺简单、操作方便、成本低等优点，可以制备出具有高度纯度和均匀分布的催化剂。

2. 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是将活性组分和载体分别分散在溶液中，形成胶体，通过淋洗、离心、干燥等方法，从而形成具有肖楞结构的带有孔道的高表面积催化剂。

该方法具有制备工艺精细、催化剂性能优良等优点，但对于某些组分需要煅烧或二次合成。

生物法制备固体催化剂采用生物技术将活性组分整合到载体中。

生物制备可以快速、可控地制备出催化剂，其制备过程中不需要高温、高压等条件，不会产生废水和废气，符合绿色环保要求。

催化原理考试复习题一概念离子交换法:利用载体表面存在着可进行离子交换的离子,将活性组分通过离子间的变换而附载在载体上的方法。

化学键合法：通过化学键（离子键、共价键、配位键)把络合物催化剂与高分子载体相结合的过程.吸附法：利用载体对活性组分的吸附作用来制备负载型催化剂的方法。

超均匀共沉淀：是将沉淀分两步进行，首先制备盐溶液的悬浮层,并将这些悬浮层立即混合成为超饱和溶液，然后由超饱和溶液得到均匀沉淀。

二、填空1。

沉淀老化时，颗粒长大方法有：再凝结、凝聚2.正加法加料时，溶液的PH值由低到高3。

竞争吸附时，当反应由外扩散控制时，球形催化剂上活性组分的分布以蛋壳型为益，由动力学控制时，均匀型为益三、简答题1。

固体催化剂制备方法：①原料准备②催化剂（母体）的制备③成型④活化2。

催化剂制备可粗分为:干法和湿法干法包括热熔法、混碾法与喷涂法湿法包括胶凝法、沉淀法(共沉淀法，均匀沉淀法和超均匀沉淀法)、浸渍法、离子交换法、沥滤法.3。

催化剂在工业得到应用满足的条件★催化性能:具有良好的活性，选择性和稳定性★机械性能:有一定的机械强度,合适的形状,颗粒大小和分布★有一定的抗毒性能：最好能活化再生，使用寿命长★催化剂制备方面:要求原料能稳定供应,制备工艺能适合于大规模工业生产，环境友好，最好无”三废”污染。

4。

选择原料的基本原则：A原料中要包括催化剂所需要的全部组分,同时也要考虑到原料中的杂质能适合生产中的要求.B原料中不含对催化剂有害的成分，或对环境有污染的成分C来源充足，价格便宜D使用活性组分含量高，用量少的原料。

5。

催化剂组成的表示方法:固体催化剂…主催化剂，助催化剂,载体配合物催化剂～助催化剂和助催化剂酶催化剂：酶蛋白和辅酶6.金属溶解一般选用稀HNO3原因:★大多数金属(除Au，Pt）可溶解在硝酸中制成硝酸盐★NO3在加热时，能除去，不会使之留在催化剂中。

★节省原料角度，稀硝酸好★溶液制好后，还要加碱中和沉淀,所以过剩酸量越少越好。