习题一
一、简答题
1、固体催化剂的制备过程可分为哪几个阶段？
答：制备合格的固体催化剂，通常要经过制备（使之具有所需的化学组分）、成型（使其几何尺寸和外形满足要求）和活化（使其化学形态和物理结构满足活泼态催化剂的要求）等步骤。
沉淀法：均匀沉淀法与共沉淀法。沉淀物的过滤、洗涤、干燥、焙烧、成型和还原操作。
浸渍法：（1）过量浸渍（2）等体积浸渍（3）多次浸渍（4）蒸气浸渍；浸渍法通常包括载体预处理、浸渍液配制、浸渍、除去过量液体、干燥和焙烧、活化等过程；
机械混合法：液-固混合(湿式混合)和固-固混合（干式混合）；干法： 机械混合——成型——热处理——成品。湿法：活性组分往往以沉淀得到的盐类或氢氧化物的形式，与干的助催化剂或载体、粘结剂进行湿式碾合，然后进行挤条成型，经干燥、焙烧、过筛、包装为成品。
离子交换法：利用载体表面上存在可进行交换的离子，将活性组分通过离子交换（通常是阳离子交换）交换到载体上，然后在经过适当的后处理，如洗涤、干燥、焙烧、还原，最后得到金属负载型催化剂。
熔融法：将催化剂原料加热到熔融状态的制备方法。例如工业上氨融铁催化剂的制造，是将助催化剂Al2O3和K2O加到熔融的磁铁矿中（1700℃或3000℃），然后将熔融物倾出成薄层，冷却固化后粉碎，并筛选所需要的颗粒。拉尼型催化剂是先用熔融法制成合金。
2、催化剂在工业上得到应用，必须满足哪些条件？
答：催化剂的制备除考虑活性、选择性、稳定性等因素外。要从化工生产实际应用的角度考虑和设计催化剂的形状、机械强度、颗粒大小、孔结构、物相、比表面、比重、传热性能、耐热性能、对苛刻环境适应性强等。
工业催化剂必须具有工业生产实际意义，可用于工业规模的生产装置上。它们应该可在生产实际操作的压力、温度、反应物浓度、流速以及接触时间的条件下能够长期正常运行，并能保持良好的活性和选择性，对超温、毒物具有很好的稳定性能。在催化剂的整个寿命期内，能保持良好的抗压碎强度，耐气流冲刷而不粉化。如果由于副反应导致的析炭或某些毒害物质的影响而使催化活性衰退，可用较为简便的方法在反应器内或器外进行再生，使活性得以恢复。
催化剂工程导论2工业催化剂常规制备方法
常规制备方法是工业催化剂制备中常用的方法，包括物理方法和化学方法。
物理方法主要有：
1.混合磨合法：将活性组分和载体粉末混合后进行高能球磨、振荡磨或者三辊研磨等方法进行磨合，使活性组分均匀地分布在载体上。
2.共沉淀法：将活性组分和载体的沉淀剂同时加入到反应体系中，通过控制溶液pH值、温度和沉淀速率等参数来控制沉淀形态，从而制备出带有活性组分的载体。
3.气相沉积法：通过在载体表面上加热和分解一种含有活性组分的气体，使活性组分在载体上沉积形成催化剂。
化学方法主要有：
1.合成溶胶凝胶法：以溶胶和凝胶为中间体，通过加入不同的催化剂成分和控制反应条件，可以制备出具有高比表面积和良好分散性的催化剂。
2.柔性模板法：通过将活性组分溶解在柔性模板中，再通过热处理或溶剂蒸发等方法来制备催化剂。柔性模板可以是有机物或高分子物质。
3.水热法：将活性组分和载体一同放入压力反应釜中，在高温高压的条件下进行水热反应，通过调整反应时间和反应温度等条件，可以控制催化剂的形貌和结构。
以上就是工业催化剂常见的常规制备方法，这些方法各有优缺点，应根据实际情况来选择适合的制备方法。在实际应用中，也常常结合多种方法来制备催化剂，以获得更好的性能和更稳定的催化效果。
1875年，铂是第一个工业催化剂。
Berzelius的历史贡献在于引入了“催化作用”的概念，而所谓的“催化力”后来经证实是不存在的。
从纳米概念出发，催化剂又可分为纳米尺度催化剂和纳米结构催化剂两大类。
酶催化的特性：1、高效性2、专一性3、多样性4、温和性5、活性可调节性
催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变反应的标准Gibbs自由焓变。涉及催化剂的反应称为催化反应。
催化剂5个特征：1、催化剂能够改变化学反应速率，但它本身并不进入化学反应的计量2、催化剂对反应具有选择性3、催化剂只能加速热力学上可能的化学反应，而不能加速热力学上不可能的化学反应4、催化剂在反应中不消耗5、催化剂具有一定的寿命
绝大多数催化剂一般由活性组分、载体和助催化剂三类组成。
氨合成中的Fe-K2O-AL2O3催化中的AL2O3，通过加入少量的AL2O3使催化剂活性提高，使用寿命大大延长。其原因使由于AL2O3与活性铁形成了固熔体，阻止了铁的烧结。
载体的功能：1、提供有效的表面和适宜的孔结构2、改善催化剂的机械强度，保证催化剂具有一定的形状3、改善催化剂的导热性和热稳定性4、减少活性组分的用量5、提供附加的活性中心6、有时活性组分与载体之间发生化学反应，可导致催化剂活性的改善
工业催化剂的性能要求：1、活性2、选择性3、寿命：稳定性、强度、耐热性、抗毒性、耐污染性4、物理性质5、制造方法6、使用方法法7、无毒8、价格便宜
活性是指催化剂改变化学反应速率的能力，是衡量催化剂作用大小的重要指标之一。转化率是指在给定反应条件下，某一反应物已转化的量占其进料量的分数x（转化率）=已转化的某一反应物的量/某一反应物的进料量×100％。空速是指单位时间内单位量的催化剂所能处理的原料量的能力S=进料量/（催化剂的量×时间）。时空产率是指在一定条件（温度、压力、进料组成和空速均一）下单位时间内单位量的催化剂所得到的目的产物量Y（时空产率）=目的产物的量/（催化剂的量×时间）。温度：催化活性采用催化反应达到给定转化率所要求的温度（活性温度）表达时，温度越低，活性越高。
第一章 ※工业催化剂概述
1. 举例说明催化剂在国计民生中的作用。P2
答：（一）合成氨;（二）合成甲醇;（三）催化剂与石油炼制及合成燃料工业;（四）基础无机化学工业用催化剂;（五）基本有机合成工业;（六）三大合成材料（合成树脂与塑料、合成橡胶、合成纤维）;（七）精细化工及专用化学品;（八）生物化学工业;（九）环境化学
2. 1976年国际纯粹及应用化学协会公布的催化作用的定义是什么？P12
答：催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象。
3. 什么是催化剂的基本特征？P13
答：①催化剂能够加快化学反应速率，但本身并不进入化学反应的计量。
②催化剂对反应具有选择性，即催化剂对反应类型、反应方向和产物的结构具有选择性。
③催化剂只能加速热力学上可能进行的化学反应，而不能加速热力学上无法进行的反应。
④催化剂只能改变化学反应的速率，而不能改变化学平衡的位置。
⑤催化剂不改变化学平衡，意味着对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。
4. 为什么催化剂只能改变化学反应的速度，而不能改变化学平衡的位置？P14
答：在一定外界条件下某化学反应产物的最高平衡浓度，受热力学变量的限制。换言之，催化剂只能改变达到（或接近）这一极限值所需要的时间，而不能改变这一极限值的大小。
5. 为什么对正方向有效的催化剂对反方向的反应也有效？P14
答：催化剂不改变化学平衡，故对正方向有效的催化剂，对反方向的反应也有效。换言之，正反应的催化剂也是逆反应的催化剂。
6. 根据聚集状态如何对催化剂进行分类？P15
答：液体、固体、气体
7. 按工艺和工程特点如何对催化剂进行分类？P17
答：多相固体催化剂；均相配合物催化剂；酶催化剂。
8. 主催化剂的定义是什么？P18
答：起催化作用的根本性物质，没有它，就没有催化作用。
9. 共催化剂的定义是什么？P18
答：能和主催化剂同时起催化作用的组分。
