催化剂基础及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1．1 催化剂及其催化作用 1

1．2 催化剂的重要应用领域 2

1．3 一些常用术语 3

第2章 催化剂与催化作用的基础知识 7

2．1 催化剂的特征 7

2．2 催化反应和催化剂分类 9

2．2．1 催化作用的化学本质 9

2．2．2 催化剂分类 10

2．3 固体催化剂的组成和结构 14

2．3．1 催化剂的组成 14

2．3．2 催化剂的结构 16

2．4 催化剂的性能和工业催化剂的基本要求 19

2．4．1 催化剂性能 19

2．4．2 工业催化剂的基本要求 20

2．5 多相催化反应体系分析 21

第3章 吸附作用与多相催化 24

3．1 物理吸附与化学吸附 24

3．1．1 物理吸附 24

3．1．2 化学吸附 25

3．1．3 物理吸附与化学吸附的差别 26

3．1．4 吸附位能曲线 27

3．1．5 吸附热随表面覆盖度的变化 28

3．1．6 化学吸附强弱与催化活性的关系 29

3．2 化学吸附的类型和化学吸附态 30

3．2．1 化学吸附的类型 30

3．2．2 化学吸附态 32

3．3 吸附动力学 34

3．3．1 吸附和脱附速率的基本方程 34

3．3．2 吸附等温线的各种模型 35

3．3．3 气固吸附等温线的类型 39

3．4 催化反应动力学 43

3．4．1 反应速率定义 44

3．4．2 符合Langmuir吸附模型的动力学方程 44

第4章 酸碱催化剂及催化作用 46

4．1 酸碱催化剂的应用和分类 46

4．2 酸碱的定义和酸碱催化活性中心的形成 47

4．3 固体酸的性质 48

4．4 酸碱催化机理 49

4．4．1 酸中心的形成 49

4．4．2 酸碱催化作用机理 53

4．5 分子筛催化剂 56

4．5．1 分子筛的概念 56

4．5．2 分子筛的结构特征 56

4．5．3 几种具有代表性的分子筛 58

4．5．4 分子筛的催化作用机理 60

4．6 典型酸碱催化实例分析 61

4．6．1 催化裂化工艺简介 62

4．6．2 催化裂化的反应机理 62

4．6．3 催化裂化装置的工艺流程 64

第5章 金属催化剂及催化作用 66

5．1 金属催化剂的结构 66

5．1．1 金属（合金）的晶体结构 66

5．1．2 金属（合金）的电子结构 69

5．1．3 金属（合金）的表面结构 71

5．2 金属催化剂的特征和催化作用 75

5．2．1 金属催化剂的特征 75

5．2．2 金属催化剂的催化作用原理——多位理论 75

5．2．3 金属催化剂的表面化学吸附态 78

5．3 负载型金属催化剂 82

5．3．1 金属粒径与催化活性的关系 82

5．3．2 多功能催化剂的构建 83

5．3．3 金属与载体之间的相互作用 83

5．3．4 催化活性组分的迁移和烧结 85

5．4 金属催化剂的应用及实例分析 85

5．4．1 烃类加氢、脱氢反应 86

5．4．2 烃类氧化反应 88

5．4．3 氨的合成反应 88

5．4．4 费-托合成反应 89

第6章 金属氧化物催化剂及催化作用 92

6．1 金属氧化物的组成和结构特性 92

6．1．1 金属氧化物的成键 92

6．1．2 单一金属氧化物 93

6．1．3 复合金属氧化物 93

6．1．4 杂多酸复合氧化物 97

6．2 金属氧化物催化剂的催化作用 99

6．2．1 金属氧化物催化剂的催化作用机理 100

6．2．2 金属氧化物催化剂的表面氧物种及其作用 100

6．2．3 金属氧化物催化剂的酸碱性与催化性能的关系 102

6．3 金属氧化物催化剂对反应分子的吸附和活化 104

6．3．1 金属氧化物催化剂对烃分子的吸附和活化 104

6．3．2 H2的吸附和反应性 106

6．3．3 CO的吸附和反应性 106

6．3．4 NO的吸附和反应性 107

6．4 金属氧化物催化剂的工业应用实例 107

6．4．1 丙烯氧化制丙烯醛和丙烯酸 107

6．4．2 丙烯氨氧化制丙烯腈 109

6．4．3 异丁烯选择性氧化制甲基丙烯酸 110

6．4．4 丁烯氧化脱氢制丁二烯 111

6．4．5 正丁烷选择性氧化制顺丁烯二酸酐 111

第7章 均相催化剂及催化作用 114

7．1 均相络合催化剂的应用及其特征 114

7．1．1 均相络合催化剂的应用 114

7．1．2 均相络合催化剂的特征 115

7．2 过渡金属络合物的化学成键作用 116

7．2．1 过渡金属离子与络合物的配位键合与络合活化 116

7．2．2 络合催化循环 117

7．3 络合催化机理 118

7．3．1 配位取代或交换反应 118

7．3．2 氧化加成和还原消除反应 119

7．3．3 插入反应和消除反应 120

7．3．4 σ－π重排 121

7．4 均相络合催化实例分析 121

7．4．1 烯烃加氢 121

7．4．2 乙烯氧化制乙醛 122

7．4．3 羰基合成 124

第8章 环境催化基础 129

8．1 概述 129

8．1．1 环境催化的应用 129

8．1．2 环境催化剂的特点 129

8．2 催化脱硫 130

8．2．1 SO2的危害及污染现状 130

8．2．2 催化脱硫方法 130

8．3 催化净化NOx技术 140

8．3．1 NOx的来源及危害 140

8．3．2 催化净化NOx 141

8．4 汽车尾气的催化净化 144

第9章 生物催化基础 147

9．1 概述 147

9．1．1 生物催化剂的概念 147

9．1．2 生物催化与绿色化学 147

9．1．3 生物催化与手性合成 148

9．1．4 生物催化技术的现状 148

9．2 生物催化剂的特征 149

9．2．1 生物催化剂的专一性 149

9．2．2 生物催化剂的优势 150

9．2．3 生物催化剂的劣势 150

9．2．4 生物催化剂的形式 151

9．3 生物催化作用原理 151

9．3．1 酶的分子结构 151

9．3．2 酶的结构与催化功能 154

9．3．3 酶的辅助因子 155

9．3．4 酶的催化作用机制 155

9．3．5 酶催化作用动力学 157

9．3．6 生物催化剂的制备 158

9．3．7 生物催化剂的固定化 160

9．4 生物催化剂的应用 161

9．4．1 酶及催化反应的类型 161

9．4．2 水解反应 162

9．4．3 还原反应 165

9．4．4 氧化反应 166

9．4．5 转移反应 167

9．4．6 加成反应 167

9．4．7 异构反应 168

9．5 生物催化的发展趋势 168

9．5．1 生物催化剂筛选 168

9．5．2 生物催化剂改良 169

9．5．3 仿生酶的研究 169

第10章 光催化基础 170

10．1 光催化的一些基本概念 170

10．1．1 光催化反应与光催化剂 170

10．1．2 光催化反应的类型 170

10．1．3 光化当量定律和量子产率 171

10．2 光催化的基本原理 171

10．2．1 催化剂光活化过程 171

10．2．2 反应物光活化过程 174

10．3 光催化的一些应用实例 175

10．3．1 光催化分解水 175

10．3．2 有机污染物光催化降解 177

10．3．3 金属离子的光催化还原 177

第11章 催化剂的制备和成型 178

11．1 沉淀法 178

11．1．1 不同类型的沉淀法 178

11．1．2 沉淀法操作的技术要点 181

11．2 浸渍法 182

11．2．1 等体积浸渍法 182

11．2．2 过量浸渍法 182

11．2．3 多次浸渍法 183

11．2．4 浸渍沉淀法 183

11．2．5 流化喷洒浸渍法 183

11．2．6 蒸气相浸渍法 183

11．3 溶胶-凝胶法 184

11．3．1 溶胶-凝胶法的基本原理 184

11．3．2 溶胶的制备 184

11．3．3 凝胶过程 184

11．4 离子交换法 185

11．4．1 无机离子交换剂及其催化剂的制备 185

11．4．2 有机离子交换剂及其催化剂的制备 185

11．5 热熔融法 186

11．5．1 熔铁催化剂 186

11．5．2 过渡金属骨架催化剂 186

11．6 混合法 187

11．7 催化剂的成型、干燥、焙烧与活化 187

11．7．1 催化剂的成型 187

11．7．2 催化剂的干燥 189

11．7．3 催化剂的焙烧与活化 189

第12章 催化剂的研究方法 190

12．1 催化剂的性能测定方法 190

12．1．1 催化剂活性的测定 190

12．1．2 催化反应动力学的测定 191

12．2 催化剂宏观物理性质的测定 193

12．2．1 比表面积、孔结构等的测定 193

12．2．2 颗粒直径、粒径分布的测定 196

12．2．3 机械强度的测定 198

12．3 催化剂微观性质的测定和表征 199

12．3．1 X射线衍射法 199

12．3．2 X射线光电子能谱法 201

12．3．3 电子显微镜法 205

12．3．4 红外和拉曼光谱法 206

12．3．5 核磁共振法 211

12．3．6 热分析法 216

12．3．7 程序升温技术 217

第13章 催化剂设计和催化新材料 220

13．1 催化剂设计的综合分析 220

13．2 主催化剂设计 222

13．3 助催化剂设计 223

13．4 催化剂载体的选择 224

13．5 催化剂设计实例——汽车尾气净化催化剂 225

13．5．1 问题的提出 225

13．5．2 反应机理分析 225

13．5．3 催化剂的开发 226

13．6 催化新材料的应用 229

1 3．6．1 过渡金属碳化物 229

13．6．2 非晶态合金 229

1 3．6．3 介孔材料（介孔分子筛） 230

1 3．6．4 中孔分子筛的合成体系和合成路线 231

参考文献 233