催化剂制备表征及评价课件.ppt

1 催化剂制备（P143-145）主要组分：Fe，Co，Ni重金属助催化剂：各种组分，旨在提高强度，改变晶格，耐热，抑制副反应载体：多孔物提供s=102 m2/g 的表面，供催化剂按分子规模扩散。常用Al2O3，活性碳，硅胶,油裂解,烯,活性中心表面反应,吸附,脱附,原料,外扩,内扩,内扩,外扩,产物,表观动力学,微观动力学本征反应速率,乙烯氧化 环氧乙烷,催比剂制备测试及实验室反应器,催化反应速率是表面反应速率,既要提高 也要提高S(比表面),常用方法,浸渍法：蛋壳型，蛋黄型,化学沉淀法：,硝酸或草酸的重金属盐,沉淀Ni(OH)3,NH4OH,过滤，洗，干燥，造粒，焙烧（氧化），活化（H2还原）,分子筛法：,硅酸钠铝酸钠NaOH,Sol-Gel,凝胶,晶,陈化,成型,洗干，焙烧,洗，过滤，干燥,离子交换把Na+换成Ni+,Mg+,其他方法：,古老的，瑞利镍（骨架镍）Ni-Al合金溶于强碱，得高比表面Ni。LiC 4H8 有机锂，有机铝，不是均相催化剂，是非均相催化剂，纳米级。,(化学气相沉积),(溶胶凝胶法),(浸渍催化剂剂),(共沉澱催化剂),(分子筛),(活性碳),(独石/陶瓷泡沫),(氧化硅),(氧化铝),(瑞利镍,合成氨用铁催化剂),(載体),块状催化剂和載体,水凝胶,干凝胶,(AlO2)-,Al+3,(Al2O3),水滑石,熟化时间,水滑石,孔/平方英吋,活性（空速表示）；选择性；寿命，失活原因，化学中毒要求高纯进料气(ppm级)，机械强度（流化床磨损），反应结碳，堵塞孔道，反应超温，晶粒团聚。,Know how催化剂筛选，专利，仿制（19年专利期）,2 催化剂表征,固体材料密度：S 克/cm3 粒子密度：P 克/cm3 床层密度：B 克/cm3 催化剂粒子孔体积：cm3/克，水煮法测催化剂粒子孔隙率：,无孔催化剂Monolithe(高活性,低压降,低热容),物理参数,催化剂评价主要指标,催化剂表面形貌(电镜观察),XRD,SEM,AES,孔径分布,测量方法,1）200A用压汞法。先抽真空，再压汞。压力汞深入到细孔。,P与a关系如下：Washburn公式,2）200A用液氮毛细管冷凝法。在液氮温度下（80K），N2 的饱和蒸汽压为P0。催化剂的最小孔内也凝有液氮。,减压解吸测P与解吸量,通过测量气相N2 的量来计量(用PV-RT来测)，得 与P的关系。,P与a关系如下：,Kelven公式，T温度下吸附质的摩尔体积，T温度下吸附质的饱和蒸汽压，吸附质液体表面张力，接触角,比表面积Sgm2/g测定：,BET标准法：(Brunauer Errnett Teller),单分子层化学吸附，Langmuir吸附,可求出,反应速率的实验测定,1.控制步骤的判断和排除,要求测得，因为内外扩散是因时，因地而异，不能套搬，反应器放大时只能用。,a.外扩散判断,如果x2 x1，则说明在大流速下，催化剂活性提高了，即存在外扩散。,测活化能,外扩散随T 而。,b.内扩散判断,T,烧,媒,1,/,T,l,n,k,外,扩,E,/,2,R,内,扩,反,应,控,制,E,/,R,表,面,反,应,c.表观速率方程(实验测得),本征速率方程,可以证明:内扩散控制时表观反应级数n(1+n)/2 表观活化能E(1/2)E,2.实验室反应器,优点：设备便宜（仿真）；分析仪器便宜；易发现副反应。,缺点T要沿轴均匀（H大)H不够高（易外扩散控制）D也不够大 要求 数据处理需微分。,积分反应器,微分反应器,x足够小就是微反。,w小或 小，很小。,反应就在T，C这一点上进行，测得的x就是这一点的，数据不需要微分。,可与T，C关连，T易恒温。,缺点：进气要配出Ci浓度且能变化，x小，要求分析仪器很精密。,价贵,流动循环（无梯度）反应器,微反就是无梯度反应器，无内外扩散，无温度梯度，无浓度梯度，但是x太小，此类分析仪器价太贵。,易分析。,缺点：时间长，需等稳定。,外循环,高温，超净泵。管路表面太大，有催化作用。,内循环,轴流式,转兰式,气固相催化反应：250并行反应器（I）1016并行反应器（II）15并行气液固三相反应器反应温度251200度反应压力：常压15大气压适合进行：烃类氧化、加氢及各种高温反应,