27061 催化作用基礎(chǔ)

一、課程的基本要求和說(shuō)明

催化劑正日益廣泛深入地滲透于石油煉制工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、高分子材料工業(yè)、生物化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)以及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)的絕大部分工藝過(guò)程中，起著舉足輕重的作用。工業(yè)的化學(xué)反應(yīng)通常在反應(yīng)器中進(jìn)行，而這些反應(yīng)器中，絕大部分都必須裝有工業(yè)催化劑。事實(shí)上，催化技術(shù)現(xiàn)已成為調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速度與方向的核心技術(shù)。

催化劑工程是以工業(yè)催化劑的制造生產(chǎn)、評(píng)價(jià)測(cè)試、設(shè)計(jì)開發(fā)、操作使用等工程問(wèn)題為其研究對(duì)象的一門科學(xué)。它有理由成為21世紀(jì)化工行業(yè)專門人才所必備的基本知識(shí)之一。

本課程以與催化劑有關(guān)的工程問(wèn)題為主線，涵蓋了工業(yè)催化劑的精粹部分。

內(nèi)容分五大部分：

1、催化作用的基本原理；2、工業(yè)催化劑的制造；3、催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征；4、工業(yè)催化劑的開發(fā)；5、工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)和操作設(shè)計(jì)。

本課程選用由王尚弟、孫俊全主編的面向21世紀(jì)課程教材《催化劑工程導(dǎo)論》一書作為教材。學(xué)生以自學(xué)為主，既要開闊知識(shí)面，也要能舉一反三，學(xué)以致用。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，不但要學(xué)會(huì)如何生產(chǎn)、制造催化劑，更主要是為了更好地使用好各種催化劑。二、考核要點(diǎn)

第一章 工業(yè)催化劑概述

1、催化劑在國(guó)計(jì)民生中的作用

2、催化若干術(shù)語(yǔ)和基本概念

（1）催化劑和催化作用的定義 （2）催化劑的基本特征 （3）催化劑的分類 ① 根據(jù)聚集狀態(tài)分類。 ② 根據(jù)化學(xué)鍵分類。 ③ 按元素周期律分類。 ④ 根據(jù)催化劑組成及其使用功能分類。 ⑤ 按工藝與工程特點(diǎn)分類。 （4）催化劑的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu) ① 多相固體催化劑：主催化劑，共催化劑，助催化劑（結(jié)構(gòu)助催化劑，電子助催化劑，晶格缺陷助催化劑），載體及其它。 ② 均相配合物催化劑。 （5）多相和均相催化劑的功能特點(diǎn) （6）多相和均相催化劑的同一性 ① 催化劑機(jī)理。 ② 催化活性與活化能。第二章 工業(yè)催化劑的制造方法

1、沉淀法

（1）沉淀法的分類：?jiǎn)谓M分沉淀法，共沉淀法，均勻沉淀法，沉浸沉淀法，單晶沉淀法，均勻共沉淀法。 （2）沉淀操作的原理和技術(shù)要點(diǎn) ① 金屬鹽類和沉淀劑的選擇。 ② 沉淀形成的影響因素：濃度，溫度，pH值，加料方式和攪拌強(qiáng)度。 ③ 沉淀的陳化和洗滌。 ④ 干燥、焙燒和活化。

2、浸漬法

各類浸漬法的原理和操作：過(guò)量浸漬法，等體積浸漬法，多次浸漬法，浸漬沉淀法，流化噴灑浸漬法，蒸氣相浸漬法。

3、混合法

4、熱熔融法

5、離子交換法

（1）由無(wú)機(jī)離子交換劑制備催化劑。 （2）由離子交換樹脂制備催化劑。

6、催化劑的成型第三章 催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征

1、概述2、活性評(píng)價(jià)和動(dòng)力學(xué)研究3、催化劑的宏觀物理性質(zhì)測(cè)定

第四章 工業(yè)催化劑的開發(fā)

1、概述 2、實(shí)驗(yàn)室工作 3、擴(kuò)大試驗(yàn)第五章 工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)

1、催化劑及其設(shè)計(jì)的理論概觀2、催化劑設(shè)計(jì)的一般程序3、組分設(shè)計(jì)與驗(yàn)證性篩選4、熱力學(xué)分析與反應(yīng)通道的設(shè)計(jì)5、化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理研究與催化劑設(shè)計(jì)6、催化劑原材料的選擇第六章 工業(yè)催化劑的操作設(shè)計(jì)

1、操作設(shè)計(jì)概念2、一般操作經(jīng)驗(yàn)3、使用技術(shù)中的若干選擇與優(yōu)化問(wèn)題三、學(xué)習(xí)重點(diǎn)與思考題

第一章 工業(yè)催化劑概述 1、舉例說(shuō)明催化劑在國(guó)計(jì)民生中的作用。 2、1976年國(guó)際純粹及應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)公布的催化作用的定義是什么？要求深刻理解其含義。 3、什么是催化劑的基本特征？ 4、為什么催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)的速度，而不能改變化學(xué)平衡的位置？ 5、為什么對(duì)正方向有效的催化劑對(duì)反方向的反應(yīng)也有效？ 6、根據(jù)聚集狀態(tài)如何對(duì)催化劑進(jìn)行分類？ 7、按工藝和工程特點(diǎn)如何對(duì)催化劑進(jìn)行分類？ 8、主催化劑的定義是什么？ 9、共催化劑的定義是什么？ 10、助催化劑的定義是什么？ 11、助催化劑可分為哪幾類？它們各自的定義是什么？ 12、載體的定義是什么？ 13、均相配合物催化劑在化學(xué)組成上是由什么組成的？ 14、均相配合物催化劑的缺陷是什么？ 15、固體非均相催化劑的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 16、均相催化的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 17、催化劑為什么具有催化活性？第二章 工業(yè)催化劑的制造方法

1、寫出沉淀法的一般操作步驟。 2、單組分沉淀法的用途是什么？ 3、共沉淀法的用途是什么？ 4、舉例說(shuō)明均勻沉淀法。 5、選擇沉淀劑有何原則？ 6、濃度是如何影響沉淀形成的？ 7、溫度是如何影響沉淀形成的？ 8、攪拌強(qiáng)度是如何影響沉淀形成的？ 9、何謂陳化？如何進(jìn)行陳化？沉淀的陳化如何影響催化劑性能？ 10、沉淀是如何帶入雜質(zhì)的？ 11、如何減少或避免雜質(zhì)的引入？ 12、在催化劑制備中如何進(jìn)行洗滌？ 13、干燥的目的是什么？ 14、焙燒的目的是什么？ 15、詳述各個(gè)因素是如何影響催化劑的還原的？ 16、寫出浸漬法的一般操作步驟。 17、浸漬法有何優(yōu)點(diǎn)？ 18、浸漬法的基本原理是什么？ 19、敘述在用浸漬法制備催化劑時(shí)，活性組分在載體斷面上的不同分布。 20、何為競(jìng)爭(zhēng)吸附？舉例說(shuō)明競(jìng)爭(zhēng)吸附在制備催化劑時(shí)的作用。 21、比較各類浸漬法的優(yōu)缺點(diǎn)。 22、敘述混合法的優(yōu)缺點(diǎn)。 23、熱熔融法制備的催化劑有何特點(diǎn)？ 24、與浸漬法相比，用離子交換法制備的催化劑有何優(yōu)點(diǎn)？ 25、沸石的組成是什么？ 26、簡(jiǎn)述合成沸石的一般制法。 27、強(qiáng)酸型離子交換樹脂可以代替硫酸作催化劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 28、與無(wú)機(jī)離子交換劑分子篩相比，有機(jī)離子交換樹脂有何不足？ 29、比較下列各種催化劑尺寸大小的不同：固定床用催化劑，移動(dòng)床用催化劑，流化床用催化劑和懸浮床用催化劑。 30、選擇成型方法時(shí)要考慮什么因素？ 31、從催化劑使用性質(zhì)的角度考慮，催化劑顆粒的外形尺寸和形狀有何影響？ 32、試舉出自給造粒成型和強(qiáng)制造粒成型的例子。第三章 催化劑性能的評(píng)價(jià)、測(cè)試和表征

1、判定催化劑的質(zhì)量和效率的指標(biāo)是什么？它們分別指的是什么？ 2、寫出轉(zhuǎn)化率的定義式。 3、何為空速？ 4、何為時(shí)空得率？ 5、何為選擇性？ 6、何為收率？ 7、何為單程收率？ 8、簡(jiǎn)述氣-固相催化反應(yīng)的歷程和機(jī)理。 9、比較下列各實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器的優(yōu)劣：積分反應(yīng)器，微分反應(yīng)器和無(wú)梯度反應(yīng)器。 10、反應(yīng)管直徑和催化劑顆粒直徑之比應(yīng)該取多少？為什么？ 11、如何判斷有無(wú)內(nèi)擴(kuò)散的影響？怎么排除其影響？ 12、如何判斷有無(wú)外擴(kuò)散的影響？怎么排除其影響？ 13、催化劑顆粒的尺寸大小如何描述？ 14、如何表示催化劑顆粒的粒徑分布？ 15、催化劑會(huì)受到哪些機(jī)械破壞？ 16、何謂壓碎強(qiáng)度？如何測(cè)定？ 17、什么是催化劑中毒？ 18、如何評(píng)價(jià)和比較催化劑抗毒穩(wěn)定性？ 19、積碳和結(jié)焦是如何引起的？怎樣進(jìn)行再生？ 20、催化劑比表面積指的是什么？試舉出一些常用的測(cè)定方法。 21、常用什么來(lái)描述催化劑孔結(jié)構(gòu)的特征？ 22、如何定義催化劑的密度、堆密度和真密度？它們之間的相互關(guān)系是什么？ 23、什么是催化劑的比孔容積和空隙率？如何計(jì)算？ 24、有什么方法可以測(cè)定催化劑的空隙分布？第四章 工業(yè)催化劑的開發(fā)

1、如何開發(fā)工業(yè)催化劑？ 2、在開發(fā)工業(yè)催化劑時(shí)，如何準(zhǔn)備資料？ 3、剖析催化劑參考樣品的最終目的是什么？ 4、什么是設(shè)備的放大效應(yīng)？ 5、舉例說(shuō)明制備催化劑時(shí)設(shè)備放大效應(yīng)的正負(fù)面影響。 6、中型評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的目的是什么？？第五章 工業(yè)催化劑的制備設(shè)計(jì)

1、簡(jiǎn)述催化劑設(shè)計(jì)的一般程序。 2、在催化劑設(shè)計(jì)中，如何判斷反應(yīng)熱力學(xué)上是否可以進(jìn)行？ 3、研究非均相催化反應(yīng)的機(jī)理，包括哪些方面？ 4、如何選擇主催化劑？ 5、多相催化反應(yīng)中，反應(yīng)物在催化劑作用下轉(zhuǎn)變成生成物的過(guò)程可以分為哪幾個(gè)步驟？ 6、反應(yīng)氣體在催化劑表面上吸附強(qiáng)度如何才能使反應(yīng)活性最好？為什么？ 7、選擇調(diào)變性助催化劑的原則是什么？ 8、選擇結(jié)構(gòu)性助催化劑的原則是什么？ 9、選擇載體時(shí)要考慮些什么因素？ 10、反應(yīng)物分子在催化劑孔內(nèi)的擴(kuò)散機(jī)理有哪些？它們的定義是什么？ 11、如何選擇孔結(jié)構(gòu)？第六章 工業(yè)催化劑的操作設(shè)計(jì)

1、裝填固定床催化劑有何要求？2、多相固體催化劑的活化經(jīng)歷哪些過(guò)程？3、催化劑為什么要進(jìn)行鈍化？4、催化劑失活的原因是什么？5、何為催化劑的中毒？6、化學(xué)型毒物和選擇型毒物有什么不同？7、如何除去積碳？8、催化劑衰退后應(yīng)該怎么辦？9、選擇和優(yōu)化催化劑形狀尺寸的目的是什么？