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第1章 工业催化剂概述 1

1.1 催化剂在国计民生中的作用 1

1.1.1 催化剂——化学工业的基石 1

1.1.2 合成氨及合成甲醇催化剂 4

1.1.3 催化剂与石油炼制及合成燃料工业 6

1.1.4 基础无机化学工业用催化剂 7

1.1.5 基本有机合成工业用催化剂 7

1.1.6 三大合成材料工业用催化剂 9

1.1.7 精细化工及专用化学品中的催化 10

1.1.8 催化剂在生物化工中的应用 11

1.1.9 催化剂在环境化工中的应用 11

1.2 催化术语和基本概念 14

1.2.1 催化剂和催化作用 14

1.2.2 催化剂的基本特性 15

1.2.3 催化剂的分类 17

1.2.4 催化剂的化学组成和物理结构 19

1.2.5 多相、均相和酶催化剂的功能特点 26

1.2.6 多相、均相和酶催化剂的同一性 27

1.2.7 新型催化剂展望 29

参考文献 30

第2章 工业催化剂的制造方法 32

2.1 沉淀法 33

2.1.1 沉淀法的分类 33

2.1.2 沉淀操作的原理和技术要点 35

2.1.3 沉淀法催化剂制备实例 41

2.2 浸渍法 42

2.2.1 各类浸渍法的原理及操作 43

2.2.2 浸渍法催化剂制备实例 45

2.3 混合法 47

2.3.1 固体磷酸催化剂的制备（湿混法） 47

2.3.2 转化吸收型锌锰系脱硫剂的制备（干混法） 47

2.4 热熔融法 48

2.4.1 用于合成氨的熔铁催化剂 48

2.4.2 骨架镍催化剂 48

2.4.3 粉体骨架钴催化剂 49

2.4.4 骨架铜催化剂 49

2.5 离子交换法 49

2.5.1 由无机离子交换剂制备催化剂 50

2.5.2 由离子交换树脂制备催化剂 54

2.6 催化剂的成型 55

2.6.1 成型与成型工艺概述 55

2.6.2 几种重要的成型方法 58

2.7 典型工业催化剂制备方法实例 61

例2-1 工业合成氨铁系催化剂的制备 62

例2-2 新型合成甲醇铜系催化剂及其制备方法 63

例2-3 一种作催化剂载体用氧化铝的制备方法 64

例2-4 丙烯氨氧化生产丙烯腈流化床催化剂 65

例2-5 铂铼重整催化剂的制备方法 65

例2-6 高活性钯／碳催化剂的制备布法 67

参考文献 68

第3章 催化剂性能的评价、测试和表征 70

3.1 概述 70

3.2 活性评价和动力学研究 71

3.2.1 活性的测定与表示方法 71

3.2.2 动力学研究的意义和作用 73

3.2.3 实验室反应器 74

3.2.4 评价与动力学试验的流程和方法 80

3.2.5 催化剂评价和动力学研究典型实例 83

例3-1 净化汽车尾气用蜂窝状催化剂活性评价 83

例3-2 在Pt-Sn/Al2O3催化剂上丙烷脱氢反应动力学 83

3.3 催化剂的宏观物理性质测定 87

3.3.1 颗粒直径及粒径分布 87

3.3.2 机械强度测定 91

3.3.3 催化剂的抗毒稳定性及其测定 93

3.3.4 比表面积测定与孔结构表征 93

3.4 催化剂微观（本体）性质的测定和表征 101

3.4.1 电子显微镜在催化剂研究中的应用 101

3.4.2 X射线结构分析在催化剂研究中的应用 103

3.4.3 热分析技术在催化剂研究中的应用 106

3.4.4 催化剂表面性质和活性位性质的研究 110

3.5 若干近代物理方法在催化剂表征中的应用 115

3.5.1 电子探针分析 115

3.5.2 X射线光电子能谱（XPS） 116

3.5.3 俄歇（Auger）电子能谱（AES） 116

3.5.4 穆斯堡尔（M？ssbauer）谱 116

3.5.5 磁性分析及顺磁共振 116

3.5.6 红外光谱 117

3.5.7 各种近代物理手段与微型催化色（质）谱技术的联用 117

3.5.8 中试装置-表面分析系统的联用 118

参考文献 118

第4章 工业催化剂的开发 120

4.1 概述 120

4.2 实验室工作 122

4.2.1 资料准备 122

4.2.2 催化剂参考样品的剖析 122

例4-1 ICI 46-1/46-4催化剂的剖析 123

4.2.3 配方筛选 129

4.2.4 催化剂开发典型小试实例 130

例4-2 国产轻油水蒸气转化镍系催化剂小试结果 130

例4-3 国产新型耐硫CO变换催化剂的稳定性试验 133

例4-4 丙烯氧化制丙酮四元催化剂的工艺条件试验 135

例4-5 丁烯氧化脱氢制丁二烯七组分催化剂的非正常操作条件试验 137

4.3 扩大试验 137

4.3.1 中型制备试验 137

4.3.2 中型评价试验 139

例4-6 英国ICI公司的石脑油转化催化剂中型试验 140

例4-7 国产茂金属催化剂APE-1气相法聚乙烯中试研究 142

例4-8 国产轻油水蒸气转化催化剂中型试验 145

例4-9 CO选择氧化催化剂侧流试验 147

4.4 新型催化剂的工业生产、试用和换代开发 148

例4-10 轻油水蒸气转化催化剂装管试验 149

例4-11 国产耐硫变换催化剂的工业试用和换代开发 150

例4-12 国产环氧乙烷生产用YS系列银催化剂的应用和换代开发 153

参考文献 154

第5章 工业催化剂的制备设计 155

5.1 组分设计与验证性筛选 155

例5-1 加氢催化剂的筛选 156

5.2 催化剂原材料的选择 157

5.2.1 可供选择的催化剂材料 157

5.2.2 主催化剂的选择 159

5.2.3 助催化剂的选择 166

5.2.4 载体的选择 169

参考文献 175

第6章 工业催化剂的操作设计 176

6.1 操作设计概念 176

6.2 一般操作经验 177

6.2.1 催化剂的运输和装卸 177

例6-1 天然气一段蒸汽转化催化剂的装填 179

6.2.2 催化剂的活化、钝化和其他预处理 179

例6-2 国产铁-铬系CO中温变换催化剂的活化 182

6.2.3 催化剂的失活与中毒 183

例6-3 国产甲烷化催化剂硫中毒试验 184

例6-4天然气水蒸气转化催化剂的中毒及再生 185

6.2.4 积碳与烧碳 185

6.2.5 催化剂的寿命和判废 187

6.2.6 催化剂衰退的一般对策 188

6.3 使用技术中的若干选择与优化问题 189

6.3.1 催化剂类型和牌号的选择 189

6.3.2 催化剂形状尺寸的选择和优化 190

6.3.3 催化剂组合装填与串联反应器 194

6.3.4 催化反应器的人为非定态操作 197

6.4 电子计算机辅助催化剂操作设计 198

6.4.1 物理化学基础 199

6.4.2 数学模型与数学模拟方法 201

6.4.3 催化剂操作设计案例 203

例6-5 乙烯环氧化制环氧乙烷催化反应模拟 203

例6-6 乙苯脱氢反应器的人工神经元网络模型及其工况模拟与优化 206

参考文献 207

第7章 工业聚烯烃催化剂 208

7.1 引言 208

7.2 配位聚合机理及其催化剂制备 210

7.2.1 概述 210

7.2.2 极性单体的配位聚合 211

例7-1 正丁基锂催化剂的制备 212

7.2.3 π-烯丙基化合物引发聚合 212

例7-2 双（π-烯丙基）镍（C6H10Ni）催化剂的制备 214

例7-3 双-μ-溴二（烯丙基）二镍（C6H10NiBr2）催化剂的制备 214

7.3 Ziegler-Natta催化剂 214

7.3.1 Ziegle r催化剂和Natta催化剂概述 214

7.3.2 Ziegler-Natta催化剂的主要化学组分 215

7.3.3 TiCl3-AlEt3催化丙烯聚合速率方程 223

7.3.4 丙烯配位聚合反应机理 225

7.3.5 高效催化剂 227

7.3.6 聚合物的立构规整性 230

7.4 铬系催化剂 231

7.4.1 催化反应原理 232

7.4.2 聚合实例 235

实例1 美国菲利浦公司淤浆法（即新P hillips法） 235

实例2 美国联合碳化物公司（UCC）气相法 235

7.5 茂金属催化剂 235

7.5.1 茂金属及其特点 235

7.5.2 甲基铝氧烷（MAO） 236

7.5.3 茂金属催化剂的分类及特点 237

7.6 后过渡金属非茂催化剂 247

7.6.1 Ni（Ⅱ）和Pd（Ⅱ）及其后过渡金属催化剂的结构与活化反应 248

7.6.2 后过渡金属催化的烯烃聚合反应 248

7.6.3 后过渡金属催化乙烯与CO共聚反应 250

7.6.4 后过渡金属催化剂的特点 251

参考文献 251

第8章 纳米催化材料 253

8.1 概述 253

8.2 纳米催化材料的制备方法 256

8.2.1 化学气相淀积法CVD 256

8.2.2 溶胶-凝胶（Sol-Gel）法 258

8.2.3 水热合成法 259

8.2.4 微乳液法 259

8.2.5 介孔膜催化材料的制法 261

8.2.6 碳纳米管的性能和制法 262

8.2.7 其他 263

8.3 测试表征要点 264

8.4 研发案例述评 266

例8-1 TiCl4水解制纳米氧化钛粉体 266

例8-2 用四氯化钛醇解法制备TiO2纳米粉体 266

例8-3 纳米TiO2微球的制备及光催化性能研究 267

例8-4 纳米TiO2薄膜光催化降解苯胺 268

例8-5 在纳米Cu-ZnO上仲丁醇的催化脱氢 269

例8-6 含纳米粉体的乙苯脱氢制苯乙烯催化剂 272

例8-7 胶体沉淀法制备纳米Fe2O3 273

例8-8 粒径和紫外吸收波长可控的氧化锌纳米晶制法 274

例8-9 采用微乳液法生产透明氧化铁颜料的方法 276

参考文献 277

第9章 分子筛催化材料 279

9.1 新型分子筛催化材料的应用 279

9.1.1 ZSM-5和择形分子筛 279

9.1.2 分子筛的酸性 283

9.1.3 分子筛的同形替代材料 283

9.1.4 金属掺杂分子筛 285

9.1.5 分子筛催化剂的应用 286

9.2 新型分子筛催化剂的设计、开发及应用 288

例9-1 一种高硅铝比小晶粒NaY分子筛的制备方法 289

例9-2 一种高硅铝比的小晶粒ZSM-5沸石分子筛的合成方法 291

例9-3 纳米尺寸丝光沸石的合成方法 292

例9-4 ZSM-5分子筛的新合成方法 293

例9-5 SAPO-11分子筛催化丁烯异构化反应的研究 294

例9-6 由甲醇生产低碳烯烃的方法及其催化剂 298

参考文献 301

第10章 若干催化剂的新进展 302

10.1 均相配合物催化剂的应用 302

10.1.1 羰基化反应及其催化剂 303

例10-1 以丙烯为原料的OXO合成 304

例10-2 甲醇羰基合成制醋酸 306

例10-3 Wacke r法乙烯选择氧化制乙醛 306

10.1.2 不对称加氢：Monsanto L-多巴过程 307

10.1.3 SHOP法乙烯低聚 309

10.2 环境保护用催化剂 310

10.3 前沿的催化过程和催化剂开发趋向 314

10.3.1 均相催化 314

10.3.2 多相催化 315

10.3.3 相转移催化 317

10.3.4 酶催化在化工中的应用 318

参考文献 320