工业催化原理及应用PDF电子书下载

1绪论 1

1.1催化科学的形成及其特点 1

1.2工业催化的发展历史 2

1.2.1工业催化的萌芽期 2

1.2.2工业催化的发展期 3

1.2.3工业催化的成熟期 4

1.3新型催化技术 5

1.3.1纳米催化技术 5

1.3.2生物催化技术 6

1.3.3手性催化技术 7

1.4催化在冶金工业中的应用 8

1.5工业催化未来的发展 8

1.6学习课程的意义及课程内容 9

思考题 10

2催化反应与催化剂 11

2.1催化反应的定义与催化剂的特征 11

2.1.1催化反应的定义 11

2.1.2催化剂的特征 12

2.2催化剂的组成与性能要求 15

2.2.1催化剂的组成 15

2.2.2载体的功能 19

2.3工业催化剂的要求 20

2.3.1活性 20

2.3.2选择性 21

2.3.3稳定性或寿命 24

2.4催化体系的分类 25

2.4.1按催化反应体系物相分类 25

2.4.2按催化作用机理分类 26

2.4.3按催化反应类别分类 27

2.5催化反应的热力学 27

2.5.1热力学第一定律 27

2.5.2热力学第二定律 28

2.5.3反应物和产物的热力学参数的计算 29

2.6催化反应的动力学 30

2.6.1反应速率的表示法 30

2.6.2单分子反应动力学 31

思考题 33

3催化剂表面的吸附作用 34

3.1催化剂表面结构 34

3.1.1晶格与晶胞 34

3.1.2晶面及晶面指数 34

3.1.3多相催化的步骤 38

3.2催化剂的物理吸附与化学吸附 40

3.2.1物理吸附与化学吸附 41

3.2.2吸附位能曲线 41

3.2.3吸附在催化中的应用 43

3.3化学吸附类型和化学吸附态 44

3.3.1活化吸附与非活化吸附 44

3.3.2均匀吸附与非均匀吸附 45

3.3.3解离吸附与缔合吸附 45

3.3.4吸附态和吸附化学键 45

3.4吸附平衡与等温方程 50

3.4.1吸附等温线 50

3.4.2吉布斯 吸附等温线的分类 51

3.4.3兰缪尔 吸附等温方程 53

3.4.4弗伦德利希 吸附等温式 54

3.4.5乔姆金 吸附等温式 55

3.4.6 BET吸附等温式 55

3.5催化剂的宏观结构 57

3.5.1催化剂的表面积 57

3.5.2催化剂的密度 58

3.5.3催化剂的平均孔半径 59

思考题 60

4固体酸碱催化剂及其作用机理 61

4.1固体酸、碱的定义和分类 61

4.1.1酸碱的定义与分类 61

4.1.2固体酸碱的定义 62

4.1.3固体酸碱的分类 63

4.2固体酸、碱中心的形成与结构 65

4.2.1无机酸的酸中心 65

4.2.2金属盐的酸中心 65

4.2.3阳离子交换树脂的酸中心 66

4.2.4金属氧化物的酸碱中心 67

4.2.5二元混合金属氧化物酸中心的形成 67

4.2.6杂多酸化合物酸中心的形成 68

4.3固体表面的酸性质及其测定 69

4.3.1酸位的类型及其鉴定 69

4.3.2酸中心的强度 70

4.3.3酸中心的浓度 72

4.4超强酸 73

4.4.1固体超强酸分类 74

4.4.2 MxOy型固体超强酸 75

4.4.3负载金属氧化物的固体超强酸 76

4.4.4固体超强酸在石油化工中的应用 76

4.5酸碱催化作用机理 78

4.5.1均相酸碱催化 78

4.5.2多相酸碱催化 79

4.5.3酸位的性质与催化作用的关系 82

4.5.4酸中心类型与催化活性、选择性的关系 82

4.5.5酸中心强度与催化活性、选择性的关系 83

4.5.6酸浓度与催化活性的关系 84

4.6固体酸催化剂工业应用 84

4.6.1石油裂解 84

4.6.2杂多酸化合物及其催化作用 85

4.6.3离子交换树脂催化及其催化作用 87

思考题 90

5金属催化剂及其作用机理 91

5.1金属催化剂的分类与特征 91

5.2金属催化剂表面上的化学吸附及其应用 93

5.2.1金属的电子组态与气体吸附能力间的关系 93

5.2.2金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系 95

5.3金属催化剂电子结构与催化作用的关系 97

5.3.1能带理论 97

5.3.2价键理论 100

5.3.3配位场理论 101

5.4金属表面几何因素与催化活性 102

5.4.1原子间距 102

5.4.2晶格结构 102

5.4.3金属催化剂催化活性的经验规则 104

5.5负载型金属催化剂的催化活性 105

5.5.1金属分散度与催化活性的关系 105

5.5.2金属分散度的测定 106

5.5.3金属催化反应的结构敏感行为 108

5.5.4金属与载体之间的相互作用 109

5.5.5金属与载体之间的溢流现象 110

5.5.6金属与载体之间的调变 111

5.5.7负载型金属催化剂的应用 112

5.6合金催化剂及其催化作用 114

5.6.1合金的分类 114

5.6.2合金催化剂的类型及其催化特征 115

5.6.3合金的表面富集 116

5.6.4合金的电子效应与催化作用关系 116

5.7合金催化剂的研究进展——非晶态合金 118

5.7.1非晶态合金催化剂的特征 118

5.7.2非晶态合金催化剂的研发热点 118

思考题 119

6分子筛结构及其催化作用 120

6.1分子筛的结构构型 120

6.1.1分子筛的结构单元 121

6.1.2分子筛的骨架结构 124

6.2分子筛的生成机理 126

6.2.1固相转变机理 126

6.2.2液相转变机理 126

6.2.3双相转变机理 127

6.3分子筛催化剂的择形催化作用 128

6.3.1反应物择形性 129

6.3.2产物择形性 129

6.3.3约束过渡态择形性 130

6.3.4分子穿行控制 131

6.4分子筛催化剂的催化性能调变 132

6.5分子筛催化剂的制备 133

6.5.1分子筛催化剂的合成方法 133

6.5.2常用分子筛的制备 136

6.6介孔分子筛催化剂及其催化应用 136

6.6.1介孔分子筛的合成 136

6.6.2介孔分子筛的合成机理研究 138

6.6.3介孔分子筛的改性 141

6.6.4介孔分子筛的催化应用 142

思考题 144

7燃料工业催化技术与环境友好催化技术 145

7.1当前能源的结构及存在的问题 145

7.2资源和环境对能源开发的制约 146

7.3氢能与“氢经济” 147

7.3.1氢的性质及特点 147

7.3.2氢的生产、储存和运输 148

7.3.3粉末半导体对水的光催化分解制氢 150

7.4燃料电池 151

7.4.1燃料电池的工作原理 151

7.4.2燃料电池的类型 153

7.4.3燃料电池的应用前景 154

7.4.4燃料电池使用的催化剂 155

7.5环境友好的催化技术 156

7.5.1环保催化 156

7.5.2化学传感器 160

7.5.3家电用催化剂 162

思考题 164

8工业催化中的冶金技术及其应用 165

8.1尾气净化催化装置中铂族金属的回收 165

8.1.1火法过程 165

8.1.2湿法过程 167

8.1.3加压高温氰化 168

8.2硝酸催化氧化氯化物浸出黄铜矿 169

8.2.1浸出过程化学反应原理 169

8.2.2氧化反应动力学原理 169

8.3金铜精矿中性催化加压浸出预处理工艺 170

8.3.1中性催化加压浸出原理 170

8.3.2金铜精矿催化加压浸出机理 170

8.3.3催化条件对加压浸出的影响 170

8.4新催化技术在冶金工业的应用 174

8.4.1利用粉体纳米晶化促进低温冶金反应 174

8.4.2湿法冶锌新浸取技术及其进展 175

8.4.3冶金工业废水、废气处理中的催化技术 176

8.5生物催化浸出技术在铜工业中的应用 178

8.5.1生物催化浸出铜技术发展概况 178

8.5.2生物催化浸出过程中的细菌 178

8.5.3生物催化浸出过程中作用机理 179

思考题 180

9工业催化剂的制备 181

9.1沉淀法 181

9.1.1沉淀法类型 181

9.1.2典型沉淀法生产工艺 182

9.1.3沉淀物和沉淀剂的选择 182

9.1.4影响沉淀的因素 184

9.1.5沉淀法类型 186

9.1.6沉淀的后处理过程 188

9.2浸渍法 189

9.2.1浸渍法工艺 190

9.2.2浸渍法分类 191

9.2.3影响浸渍法的因素 192

9.3共混合法 193

9.4熔融法 194

9.5溶胶-凝胶法 195

9.5.1溶胶-凝胶法的优缺点 195

9.5.2基本原理 196

9.5.3溶胶-凝胶法的过程 196

9.6催化剂制备新技术 199

9.6.1微乳液技术 199

9.6.2超临界技术 204

9.6.3等离子技术 205

9.6.4微波技术 206

思考题 208

10工业催化剂的设计 209

10.1催化剂设计的程序和总体考虑 209

10.2催化剂主要组分的设计 211

10.2.1基于催化反应经验规则的主组分设计 212

10.2.2基于反应物分子活化模式的主组分设计 213

10.3助催化剂的选择与设计 215

10.3.1助催化剂的种类与功能 215

10.3.2助催化剂的设计 216

10.4催化剂载体的选择与设计 218

10.4.1催化剂载体的作用和种类 218

10.4.2选择载体的原则和依据 221

10.5工业催化剂宏观结构的设计与控制 222

10.5.1催化剂颗粒的形状和大小的设计与控制 223

10.5.2催化剂的比表面和孔结构的设计 225

10.5.3催化剂机械强度的设计 227

10.5.4催化剂活性组分分散度的设计 227

10.6计算机辅助催化剂设计 228

10.6.1计算机辅助催化剂分子设计的判据 228

10.6.2计算机辅助催化剂分子设计的程序 229

10.6.3计算机辅助催化剂分子设计举例 232

思考题 234

11催化剂性能的评价、测试 235

11.1催化剂活性测试的基本概念 235

11.1.1活性测试的目标 235

11.1.2实验室活性测试反应器的类型及应用 236

11.1.3催化剂活性测定评价方法 240

11.2催化剂宏观物性的测定 242

11.2.1颗粒直径及粒径分布 243

11.2.2机械强度测定 244

11.2.3催化剂的热性质 244

11.2.4催化剂比表面积和孔结构的测定 245

11.3催化剂抗毒性能的评价 250

11.4工业催化剂的失活 251

11.4.1影响催化剂寿命的因素 251

11.4.2催化剂寿命的测试 252

11.4.3催化剂的中毒与烧结 252

11.4.4催化剂失活的控制 254

11.5工业催化剂的再生 256

11.6工业催化剂的使用 258

11.6.1催化剂的运输和装填 258

11.6.2开、停车及钝化 259

思考题 260

12工业催化剂的表征 261

12.1 X射线衍射技术 261

12.1.1基本原理 261

12.1.2 XRD的物相分析 262

12.1.3 XRD在催化剂研究中的应用 262

12.2分子光谱技术 263

12.2.1红外光谱技术 263

12.2.2拉曼光谱技术 265

12.3热分析技术 267

12.3.1热重分析法 267

12.3.2差热分析法 268

12.3.3差示扫描量热法 268

12.3.4热分析法在催化剂研究中的应用 269

12.4电子能谱技术 269

12.4.1 X射线光电子能谱 270

12.4.2紫外光电子能谱 271

12.4.3俄歇电子能谱 272

12.5共振谱技术 273

12.5.1核磁共振技术 273

12.5.2电子顺磁共振技术 276

12.6电子显微技术 277

12.6.1扫描电子显微镜 277

12.6.2透射电子显微镜 278

12.6.3扫描隧道显微镜 279

12.6.4原子力显微镜 280

12.7原位技术 281

思考题 282

参考文献 283