催化作用原理

1、催化剂的制备方法和要点？催化剂的制备方法大致分为干法与湿法。干法包括：热熔法、混碾法等；湿法包括：凝胶法、沉淀法（凝胶与沉淀这两种过程在化学性质上是密切相关的，只是最终产品的物理性质上有很大区别。沉淀过程中得到的是晶形沉淀，凝胶过程则得到的是非晶形沉淀）、浸渍法、离子交换法等；要点：1）多种化学组成的匹配；2）一定物理结构的控制；2、催化剂的制备过程（步骤）？催化剂的制备过程大致分为四个阶段：1）原料的准备；2）母体的制备：母体：在结构上各组分间的结合关系已具备了催化剂所需的物理化学结构的雏形。3）成型：成型是将母体制成一定的几何形状和尺寸的工序，它使最终产品能符合机械强度和反应器中流体力学条件的要求；4）活化：通过热和化学处理使基本转变为符合最终组成、结构要求的催化剂；3、催化剂一般制备方法及晶体沉淀过程？1）沉淀法：晶形沉淀法和凝胶沉淀法；举例：沸石分子筛、η-Al2O3、γ-Al2O3（晶形沉淀法）和硅胶、硅铝胶（凝胶沉淀法）；2）负载法；举例：铂铼金属负载型催化剂、Ni-陶土负载型催化剂；4、关于沉淀法？1）沉淀法原理：在难溶电解质溶液中，如果正负离子浓度的乘积大于该物质的溶度积Ksp，沉淀剂将可溶性的催化剂组分转化为难溶化合物，再经分离、洗涤、干燥、焙烧、成型等工序制成成品催化剂或催化剂载体。（沉淀法广泛应用于制备高含量的非贵金属、金属氧化物催化剂或催化剂载体）2）沉淀法生产流程：不同金属盐溶液混合—沉淀（晶形或凝胶沉淀）—洗涤—干燥—焙烧—研磨—成型—活性—催化剂。3）形成沉淀的条件：溶液过饱和。过饱和溶液才能形成沉淀的原因：溶液中析出晶核是一个由无到有生成新相的过程。4）形成沉淀的过程：1、晶核的生成：溶液达到一定过饱和度，固相生成速率大于固相溶解速率，瞬间生成大量晶核；2、晶核的长大：溶质分子在溶液中扩散到晶核表面，并按一定的晶格定向排列，使晶核长大成为晶体；5）沉淀类型：1、晶核生成速率＞＞晶核长大速率：离子很快聚集成大量晶核，溶液的过饱和度迅速下降，溶液中没有更多的离子聚集到晶核上，于是晶核就迅速聚集成细小的无定形颗粒，得到非晶形沉淀，甚至是胶体。2、晶核长大速率＞＞晶核生成速率：较多的离子以晶核为中心，按照一定的晶格定向排列而成为颗粒度较大的晶形沉淀。5、金属盐类和沉淀剂的选择及选择原则？金属盐类选择：硝酸盐、硫酸盐、有机酸盐等；沉淀剂选择：碱类：氨水、氢氧化钠（钾）；碳酸盐：碳酸钠、碳酸铵；有机酸：醋酸、醋酸铵；选择原则：1）不能引入有害杂质（沉淀剂本身要易分解挥发）；2）沉淀剂溶解度要大（沉淀完全）；3）沉淀物溶解度要小（沉淀完全）；4）沉淀物要易过滤和洗涤（尽量选取易形成晶形沉淀的沉淀剂）；5）沉淀剂要无毒和无害；6、影响沉淀的因素：1）溶液的浓度、2）温度、3）pH值、4）加料方式、5）搅拌强度；7、沉淀法的分类：1）单组分沉淀法：溶液中只有一种金属盐与沉淀剂作用，形成单一组分沉淀物，用于制备单组分催化剂或载体。例：氧化铝沉淀的制备碱法：Al3++OH-=Al2O3·nH2O↓酸法：AlO2-+H3O+=Al2O3·nH2O↓注意事项：对于两性物质，pH过高，沉淀物会重新溶解；氨水作沉淀剂时，氨浓度过高形成配离子，沉淀物重新溶解；(NH4)2CO3、Na2CO3作沉淀剂时，可能生成碳酸盐、碱式碳酸盐、氢氧化物沉淀物。2）多组分沉淀法：将两种或两种以上金属盐的混合溶液与一种沉淀剂作用，形成多组分沉淀物，用于制备多组分催化剂或载体。例：Na2CO3共沉淀硝酸铜与硝酸锌，形成(Zn▪Cu)5(OH)6(CO3)2注意事项：各金属盐、沉淀剂浓度、介质pH值、加料方式等条件必须满足各个组分同时沉淀的要求；Na2CO3作沉淀剂时，多组分可能生成复盐沉淀。3）均匀沉淀法：沉淀剂不直接加入待沉淀溶液中，而是首先把待沉淀溶液与沉淀剂母体混合，形成一个十分均匀的体系，然后调节温度，使沉淀剂母体逐步转化为沉淀剂，从而使沉淀缓慢进行，得到均匀纯净的沉淀物。例：氢氧化铝沉淀的制备(NH2)2CO+3H2O=2NH4++2OH－+CO2注意事项：克服了一般沉淀法中沉淀剂与待沉淀溶液混合不均匀、沉淀颗粒粗细不均、沉淀杂质较多等缺点。4）超均匀共沉淀法5）导晶沉淀法6）配位沉淀法8、沉淀的后处理过程：老化、洗涤、抽滤、干燥、焙烧、成型、活化。9、小结：晶形沉淀形成条件：1）沉淀应在稀溶液中进行；2）沉淀应在热溶液中进行；3）沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加入；4）老化；非晶形沉淀形成条件：1）沉淀应在较浓溶液中进行；2）沉淀剂应在搅拌下均匀缓慢加入；3）过滤；例：分子筛的合成原料（水玻璃、硫酸铝、偏铝酸钠、氢氧化钠）混合、成胶、晶化、过滤、干燥、（NaY型原粉、Na型丝光沸石）10、关于溶胶-凝胶法？溶胶-凝胶法是一种新型的催化剂制备方法，用于制备金属氧化物催化剂、杂多酸催化剂、非晶态催化剂等。溶胶定义：分散在分散介质中的分散相颗粒粒径为1-100nm的分散系统。11、分散相：被分散的胶体粒子；分散介质：分散相粒子所在的介质；12、溶胶分类：按分散相和分散介质之间亲和力的大小，溶胶可分为：亲液溶胶：分散相和分散介质之间具有亲和力的溶液，分散相很容易形成稳定体系。如蛋白质，橡胶等。憎液溶胶：分散相和分散介质之间没有亲和力或亲和力较弱的溶胶。13、稳定剂的作用？答：除了分散相和分散介质以外的第三种物质，可被胶核吸附而形成相对稳定的溶胶。对于憎液溶胶而言，分散相和分散介质之间没有亲和力或亲和力较弱，这类分散相不能自动分散在介质中，需用特殊方法才能制成溶胶。即添加稳定剂。14、凝胶定义：溶胶通过胶凝作用，胶体粒子相互凝结或缩聚而形成三维网状结构的凝胶。胶凝作用：由溶胶变成凝胶的过程叫胶凝作用，即胶粒变为胶体沉淀。15、凝胶发生的条件：1）溶胶亲液性较强；2）溶胶浓度较大；3）胶体粒子有不对称形状；4）胶体粒子局部去溶剂化；18、溶胶-凝胶法制备催化剂的优点：1）可以制备组分高度均匀、高比表面积的催化材料；2）制得的催化剂孔径分布较均匀，且可控；3）可以制备金属组分高度分散的负载型催化剂，且催化活性较高；溶胶-凝胶法制备催化剂的缺点：1）制备工艺复杂、周期长；2）使用有机原材料昂贵成本高、对人和环境有危害；3）制备条件苛刻，对设备要求较高；19、关于浸渍法？答：定义（过程）：将催化剂载体（Al2O3）放进含有活性组分的溶液中进行浸泡的过程（浸泡一段时间后，再将浸泡过的载体取出，经过洗涤、干燥、焙烧、成型和活化等步骤，最后得到负载型金属催化剂过程）。应用：广泛用于制备负载型催化剂，特别是负载型金属催化剂。浸渍法必须有两种原料：一是载体、二是浸渍液。浸渍法的优点：负载组分主要分布在载体表面，用量少，利用率高；已成型的载体，省去催化剂成型步骤；浸渍前载体的孔结构和比表面与浸渍催化剂的孔结构和比表面有一定关系，浸渍前载体较大的比表面积可以满足浸渍后催化剂的孔结构和比表面需要。例：用浸渍法制备的铂重整催化剂Pt/Al2O3。20、浸渍法的原理：1）活性组分在载体表面上的吸附；2）毛细管压力使液体渗透到载体孔隙内部；3）提高浸渍量；4）活性组分在载体上的不均匀分布；21、浸渍法分类：过量浸渍法；等体积浸渍法；多次浸渍法；22、浸渍沉淀法：将浸渍溶液渗透到载体的孔隙，然后加入沉淀剂使浸渍溶液中的活性组分沉淀于载体孔隙的内孔和表面。23、浸渍影响因素：浸渍时间、浸渍液浓度；24、浸渍法实例：镍/氧化铝—重整催化剂—将甲烷或石脑油重整制合成气原料混合—成型—预处理—熔融—干燥—活化—焙烧—负载型镍催化剂