催化剂制备与表征之欧阳美创编.docx

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催化剂制备与表征之欧阳美创编

催化原理考试复习题

时间：

2021.01.01

创作：

欧阳美

一概念

离子交换法：

利用载体表面存在着可进行离子交换的离子，将活性组分通过离子间的变换而附载在载体上的方法。

化学键合法：

通过化学键（离子键、共价键、配位键）把络合物催化剂与高分子载体相结合的过程。

吸附法：

利用载体对活性组分的吸附作用来制备负载型催化剂的方法。

超均匀共沉淀：

是将沉淀分两步进行，首先制备盐溶液的悬浮层，并将这些悬浮层立即混合成为超饱和溶液，然后由超饱和溶液得到均匀沉淀。

二、填空

1.沉淀老化时，颗粒长大方法有：

再凝结、凝聚

2.正加法加料时，溶液的PH值由低到高

3.竞争吸附时，当反应由外扩散控制时，球形催化剂上活性组分的分布以蛋壳型为益，由动力学控制时，均匀型为益

三、简答题

1.固体催化剂制备方法：

原料准备

催化剂（母体）的制备

成型

活化

2.催化剂制备可粗分为：

干法和湿法

干法包括热熔法、混碾法与喷涂法

湿法包括胶凝法、沉淀法（共沉淀法，均匀沉淀法和超均匀沉淀法）、浸渍法、离子交换法、沥滤法。

3.催化剂在工业得到应用满足的条件

★催化性能:

具有良好的活性,选择性和稳定性

★机械性能:

有一定的机械强度，合适的形状，颗粒大小和分布

★有一定的抗毒性能:

最好能活化再生，使用寿命长

★催化剂制备方面:

要求原料能稳定供应，制备工艺能适合于大规模工业生产，环境友好，最好无"三废"污染。

4.选择原料的基本原则：

A原料中要包括催化剂所需要的全部组分，同时也要考虑到原料中的杂质能适合生产中的要求。

B原料中不含对催化剂有害的成分，或对环境有污染的成分

C来源充足，价格便宜

D使用活性组分含量高，用量少的原料。

5.催化剂组成的表示方法:

固体催化剂…主催化剂，助催化剂，载体

配合物催化剂～助催化剂和助催化剂

酶催化剂:

酶蛋白和辅酶

6.金属溶解一般选用稀HNO3原因:

★大多数金属（除Au,Pt）可溶解在硝酸中制成硝酸盐

★NO3在加热时，能除去，不会使之留在催化剂中。

★节省原料角度，稀硝酸好

★溶液制好后，还要加碱中和沉淀，所以过剩酸量越少越好。

7.提高盐类在溶剂中的溶解度措施有:

★提高温度

★利用生成弱电解质的方法

★利用氧化还原法

★利用生成络合物的方法

8.提高盐类在溶剂中溶解速度的措施

★升高温度

★增加颗粒表面积

★加强搅拌

9沉淀法制催化剂的工艺过程示意图：

10.沉淀法制备催化剂，沉淀剂满足的条件：

★尽可能使用易分离并含易挥发成分的沉淀剂。

★形成的沉淀物便于过滤和洗涤

★沉淀剂的溶解度应大一些

★形成沉淀剂的溶解度应小些

★沉淀剂必须无毒，不应使催化剂中毒或造成环境污染。

★不带入不溶性杂质，以减少后处理的困难。

11.晶体成核的好坏与晶核生长速率与晶核长大速率的关系：

如果晶核的生长速率大大超过晶核长大的速率，则溶质分子很快聚集为大量的晶核，溶质分子浓度迅速下降，溶液中没有更多的分子聚集到晶核，溶质分子浓度迅速下降，溶液中没有很多的分子聚集到晶核上，于是晶核迅速聚成细小的无定形颗粒，这样就会得到非晶形成沉淀，甚至胶体；反之，如果晶核长大的速率大大超过晶核的生成速率，溶液中最初形成的晶核不是很多，更多的离子以晶核为中心，依次排列长大而生成颗粒较大的晶形沉淀。

12.晶形沉淀的形成条件：

★沉淀应该在适当稀溶液中进行

★沉淀时，沉淀剂应该在不断搅拌下均匀而缓慢的加入。

★沉淀应在热溶液中进行

★沉淀应放置熟化

13.溶解度在10-6-10-12之间的氢氧化物，沉淀物的初始离子大小基本相同？

溶解度在10-6-10-12的氢氧化物，溶解度很小，而平常配置溶液的浓度为0.01～1m数量级，大大高于其溶解度，即Co-C很大，溶液的过饱和度很大。

所以胶核生成速度很快，而胶粒生成的控制步骤不是离子在晶体表面的表面反应速度，而是由溶质的扩散速度控制，只要浓度相同，上述许多离子扩散速度都差不多。

因此，他们的初始离子的大小基本一致，都在40+10A°.

14.胶体的双电层理论:

在胶体溶液中，固液界面处，固体表面由于由于电离或吸附离子而带电。

而在固体表面的周围分布着与它电性相反电荷相等的离子，称为反离子。

由于运动和扩散，最靠近固体表面的离子层浓度大，以后逐渐稀少，在距离固体表面d处，达到溶液的平均浓度。

15.增液溶胶稳定的原因:

★溶胶动力稳定性，胶粒的布朗运动

★胶粒带电的稳定作用

★溶剂化的稳定作用

16.导致溶胶凝结的措施:

★电解质作用a加入与胶粒电荷相反的离子b加入相同价数的离子

★其他憎液溶液的相互凝结提高胶体浓度提高温度加入高分子化合物

17.沉淀老化过程主要发生的现象

主要发生颗粒长大，晶型完善，凝胶脱水收缩等现象。

18.沉淀法制催化剂，带入杂质的原因：

★表面吸附★形成混晶★生成共沉淀★机械包藏

19沉淀法制备催化剂，加料方式:

★正加法★反加法★并流加料

20沉淀再凝结和聚结的原理

再凝结时

沉淀和溶解在母液是动态平衡的过程，生成的晶体不规则，带有许多缺陷，大小颗粒同时存在，由公式ln（C*/C。

）=26M/ρRTr

颗粒越小，溶解度越大，大颗粒对小颗粒处于相对饱和，小颗粒逐渐溶解，大颗粒从表面沉淀下来。

聚结颗粒相互接触合并长大，因为凹液面上的饱和蒸汽压小于平面的饱和蒸汽压，凹液面半径越小，平衡蒸汽压越小，溶解度越大越易聚结。

21.对沉淀晶型影响因素：

●老化●原料浓度●加料方式●沉淀温度与沉淀时溶液的PH值●加料速度与搅拌强度

22.选择浸渍液的要求

A易溶于溶剂

B活性组分的盐类对热不稳定，这样在以后的煅烧工序时易分解得到所需要的活性组分。

C在煅烧和还原中，活性组分不挥发，且不残留对催化剂有毒成分

D价廉易得

23.活性组分负载量的计算式

负载量◆惰性载体上负载的活性组分氧化物的量

24浸渍法的原理是什么？

25.竞争吸附时，球形催化剂上活性组分的分布形式？

蛋壳型均匀型蛋黄型蛋白型加厚蛋白型

26硅酸铝也载体上其质字酸与金属络离子如何进行交换？

硅酸铝是SiO2、Al2O3混合物，有很强酸性，质子酸，其质子酸不能直接与金属络离子进行交换，必须先用氨水先与硅酸铝进行铵交换，是氢离子与铵根离子交换，然后就可以进一步与金属离子交换了。

27.活性炭载体表面如何实现与其交换的？

与硅酸铝类似，需先把活性炭预先与浓硝酸煮沸几小时，在C表面生成了可进行交换的羧基，则就可以与金属离子交换了。

28滚涂法：

将活性组分放在一个可以摇动的容器中，再将载体布于其上，经过一段时间的滚动，活性组分逐渐粘附在载体上。

喷涂法：

喷涂法操作与滚涂法类似，但活性组分不是同载体混在一起，而是用喷枪或其他手段喷附于载体上。

混合法：

将几种组分用机械混合的方法制成多组分催化剂。

熔融法：

在高温下进行催化剂组分的熔合，使之成为均匀的混合体，合金固溶体或氧化物溶体。

沥滤法：

用碱除去不具备催化活性的金属而形成骨架，活性金属原子在其中均匀地分散着，称为骨架催化剂。

过程：

将活性组分金属和非活性金属在高温下熔融，做成合金，将合金粉碎后用苛性钠溶解除去非活性金属得骨架催化剂。

29.干燥对催化剂物化性质的影响：

a凝胶孔结构b催化剂机械强度c溶质的迁移

30干燥时，溶质在催化剂上的洗出规律：

干燥时，如果慢速干燥，在迁移气化的作用下，溶液不断从颗粒内迁移到颗粒表面，并随溶剂的气化，溶质不断从表面析出。

如果快速干燥，溶剂在表面蒸发速率快，孔内弯曲液面在干燥过程中不断下降，当活性组分达到饱和时，活性组分就会在孔壁沉积，形成较均匀分布。

31.煅烧过程物理变化：

比表面积、粒度、孔结构、表面酸性与活性

煅烧过程化学变化：

热分解、互溶与固相反应、晶型转变

32.影响还原温度的因素：

还原前煅烧温度，还原温度，还原气组成与流速

33催化剂成型方法，得到催化剂的特点？

压片法，形状一致，大小均匀，表面光滑，机械强度高。

挤出成型法，可得到固定直径，长度可在较宽范围变化颗粒，与与压片法相比，其生产能力大得多，强度比压片法低。

转动造粒法，成球形催化剂喷雾干燥成型和油柱成型，（成小球），微球产品，形状规则，表面光滑，具有良好机械强度

34.成型助剂和粘结剂分类

成型助剂分为粘结剂，润滑剂，孔结构改性剂

粘结剂分基体粘结剂薄膜粘结剂化学粘结剂

35.影响成型的因素以及成型对催化剂性质的影响

因素：

原料粉体粒度，原料粉体性质，成型助剂用量

性能影响：

a机械强度影响b活性影响c孔结构影响

36.挤出成型对催化剂性能的影响

a粉体颗粒度b混捏时间和方式c水粉比d助挤剂

37.喷雾干燥原理：

把浆料高速通过喷头（雾化器）将原浆料液分散成雾滴，并用高温气流干燥微球；

油柱成型原理：

将溶胶滴入油类中，利用介质和溶液本身的表面张力将物料切割小液滴并收缩成小球

38.连续流动搅拌反应器和活塞流动反应器的速率推导：

39.常用实验室反应器分类及特点

A脉冲反应器，用于催化剂筛选，测活性和选择性，也有用于动力学和基理研究的地方

体系简单，只需少量催化剂和反应物

B无梯度反应器,避免了可能存在的温度梯度和浓度梯度，用于动力学研究

C间歇反应器装卸时间短，投资少，主要用于研究高压，高温，用高压釜快速筛选催化剂

D管式反应器，不锈钢的，适用于很宽的温度和压力范围

40.活性测定需要注意的几个因素：

A反应气体严格净化，控制有害物质的含量

B根据原料的特征，选用合适的分析方法和流量测量方法

C把催化剂床层内的温度梯度和浓度梯度将到最低，以确保测定是在动力学区内进行

D消除管壁效应

四解析与分析

1描述晶核的生成机理和生成速度,提高晶核生成速度的措施有哪些?

提高晶核生成速度:

A溶液的过饱和度越大，晶核生成速度越大B固液界面的表面张力越小，晶核生成速度越大C温度D杂质

2描述晶核的长得机理和生成速度，影响晶核长大速度的因素有哪些？

影响晶核长大速度的因素：

A溶液过饱和度B温度C搅拌D晶种

第三四章

一、概念

物理化学吸附法：

通过吸附质对多孔物质进行非选择性吸附来测定比表面积。

化学吸附法：

通过吸附质对多组分固体催化剂进行选择吸附而测定各组分的表面积。

堆积密度或表观密度：

用量筒测量催化剂体积时，所得的密度。

颗粒密度（汞置换）：

单粒催化剂的质量与其几何体积之比。

真密度（骨架）：

当测量的体积仅仅是催化剂骨架体积时，得到的密度称为真实密度。

催化剂孔体积：

催化剂内所有细孔体积的总和。

比孔体积：

每克催化剂颗粒内所有的孔体积总和称为比孔体积。

孔隙率：

催化剂的孔体积与整个颗粒体积的比。

抗压碎强度：

被测催化剂均匀施加压力直至颗粒粒片被压碎为止前所能承受的最大压力或负荷。

堆积压碎强度：

某压力下一定量催化剂的破碎率。

磨损率：

一定时间内被磨损掉样品重量与原始重量的比值。

磨损强度：

一定时间内磨损前后样品重量的比值。

热重法：

在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。

差热分析：

在程序控温下，测量物质和参比物的温度差与温度关系的一种技术。

差士扫描量热法：

DSC,在程序控制温度下，测量输入到物质和参比物的功率差与温度关系的技术。

二填空

2影响热分析曲线的因素有试样因素条件因素仪器因素

三简答题

1.推导催化剂的比孔体积与催化剂颗粒密度和真实密度之间的关系。

2.推导催化剂的孔隙率与催化剂的比孔体积和催化剂密度之间的关系。

3.利用X射线小进行物相定性和定量分析依据是什么？

X-射线衍射仪由哪几部分组成？

4.差热分析定性与定量的依据是什么？

差热分析仪由哪几部分组成？

依据峰的位置，峰面积，峰形状

峰的位置可作为鉴别物质或其变化的定性依据

峰面积可以表征热效应大小，是计算反应热的定量依据

峰形状取决于样品变化的过程。

差热分析仪由试样部分、加热部分、温度调节部分和测定记录部分组成

5.DSC和DTA在测量原理上有何区别？

DSC采用零位平衡原理，要求试样与参比物的温差不论试样吸热还是放热都要处于零位平衡状态，测量输入到试样与参比物的功率差随温度变化关系。

DTA是把试样和参比物放在相同的加热和冷却条件下，记录二者温差随随温度的变化关系

6影响热分析曲线的因素有哪些？

A试样因素颗粒大小，试样重量

B条件因素加热速度

C仪器因素干锅的材质，热电偶

7利用XPS进行物相定性和半定量的依据是什么？

XPS由哪几部分构成？

定性：

Ek=hr-Eb-W

hr为光电子能量，W仪器的功函数，Eb电子结合能，因为各种原子，分子的轨道电子，其结合能是一定的，不同元素的特征峰不同，从而获得样品表面的各种性质。

半定量:

根据峰的强度与样品中原子的浓度直接相关。

XPS仪器设备由激发源、样品室、能量分析器、检测器和记录系统，进样系统，扫描电源等

8.DSC,TEM由哪几部分组成？

DSC均温区由试样池（S）和参比物池（R）示差量热补偿单元记录仪DSC放大仪温度程序控制装置

TEM由镜筒、真空系统和电源三个基本部分组成。

五解析与分析

1.利用IR法如何表征材料的酸碱性：

根据L酸与B酸的吸收特征峰不同表征

L酸1450cm-1B酸1540cm-1

2.XRD，DTA，DSC，TG，XPS，TEM,IR,TPR的应用。

时间：

2021.01.01

创作：

欧阳美