多相催化：基本原理与应用

第1 章　多相催化——二维化学                       1
1.1 引言                                3
1.2 催化的历史背景                           4
1.2.1 氨分解                             5
1.2.2 催化氧化                            5
1.2.3 Berzelius和催化概念                       6
1.2.4 第一个工业催化过程                       7
1.2.5 氨的合成                            8
1.2.6 烃的水蒸气重整                         12
1.2.7 催化基础研究                          13
第2 章　表面与吸附                            17
2.1 引言                                19
2.2 清洁的表面                             19
2.3 Langmuir对吸附的研究                        22
2.4 Langmuir等温线                           22
2.5 氢气的化学吸附                           25
2.6 复杂分子的化学吸附                         26
2.7 非均匀表面                             27
2.8 非平衡吸附                             28
2.9 吸附过程                              30
2.10 化学吸附的归纳                          34
2.11 物理吸附                             36
2.12 p/p°≥0.3时物理吸附等温线的特征                 41
第3 章　催化剂是如何工作的？                       45
3.1 引言                                47
3.2 催化过程                              47
3.2.1 双分子过程                           47
3.2.2 单分子过程                           50
3.2.3 催化过程的可逆性                        52
3.2.4 催化过程的选择性                        52
3.2.5 动力学和机理                          53
3.3 催化剂和催化活性位                         53
3.4 金属催化                              55
3.4.1 引言                              55
3.4.2 非负载金属催化剂                        57
3.4.3 负载型金属催化剂                        59
3.5 氧化物                               61
3.6 硫化物                               63
3.7 结论                                64
第4 章　催化剂的制备                           65
4.1 活性表面积和催化剂结构的重要性                   67
4.2 活性表面                              68
4.3 催化剂载体                             71
4.3.1 导论                              71
4.3.2 氧化铝(Al2O3)                         72
4.3.3 二氧化硅(SiO2)                         76
4.3.4 SiO2-Al2O3和沸石                        79
4.3.5 二氧化钛(TiO2)                         80
4.3.6 氧化锆(ZrO2)                          81
4.3.7 碳                               83
4.3.8 载体的“成型”                          83
4.4 负载型催化剂                            84
4.4.1 催化剂的浸渍                          84
4.4.2 共沉淀催化剂                          86
4.4.2.1 单离子沉淀                         86
4.4.2.2 几个物种在一起的沉淀: 共沉淀                87
4.4.2.3 尿素分解沉淀和共沉淀                    91
4.4.2.4 氨基配合物的分解                      93
4.5 催化剂表征                             93
4.5.1 化学组成                            93
4.5.2 相结构                             95
4.5.3 物理织构                            95
4.5.4 操作条件下的催化活性、选择性和稳定性              96
第5 章　催化反应器及催化反应动力学参数测量               97
5.1 引言                                99
5.2 静态反应器                            100
5.3 搅拌反应器与强制循环反应器                    103
5.3.1 搅拌反应器                          103
5.3.2 强制循环反应器                        104
5.4 流过式反应器                           106
5.5 流化床反应器                           110
5.6 脉冲反应器                            112
5.7 TAP反应器                            114
5.8 SSITKA                               116
5.9 “原位/Operando” 法                        117
5.10 微反应器法                            119
5.11 结论                               121
第6 章　催化反应动力学及反应机理                    123
6.1 引言                               125
6.2 单分子反应                            125
6.3 双分子反应———Langmuir-Hinshelwood动力学              129
6.4 双分子反应———Eley-Rideal动力学                   132
6.5 Mars-vanKrevelen机理                       132
6.6 反应动力学表达式的实例                      135
6.6.1 Langmuir方程及压力函数                    135
6.6.2 合成氨                            136
6.6.3 乙烷氢解                           138
6.6.4 甲烷化                            140
第7 章　大型催化反应器                         143
7.1 引言                               145
7.2 催化剂的形状                           145
7.2.1 压片                             145
7.2.2 挤出成型                           146
7.3 传质在催化反应中的重要性                     147
7.3.1 外扩散                            148
7.3.2 内扩散                            151
7.3.3 扩散限制对选择性的影响                    156
7.3.4 扩散限制对催化剂中毒的影响                  157
7.4 催化反应中的传热                         158
7.4.1 连续反应                           158
7.4.2 可逆反应                           160
7.4.3 可逆放热反应的反应器                     162
7.4.4 化学热管: “Adam 和Eva过程”                  165
第8 章　催化反应                            169
8.1 引言                               171
8.2 天然气催化转化                          171
8.2.1 天然气转化制合成气                      173
8.2.2 费托合成                           176
8.2.3 甲醇合成和甲醇重整                      180
8.2.4 甲醇转化为其他产品                      186
8.3 原油转化催化                           188
8.3.1 原油蒸馏和原料净化                      188
8.3.2 加氢处理                           191
8.3.3 轻质石脑油异构化                       194
8.3.4 重质石脑油重整                        195
8.3.5 流化催化裂化(FCC)                       196
8.4 石油化工产品和工业有机化学                    200
8.5 环境催化                             202
8.5.1 NOx 的选择性还原                       203
8.5.2 汽车尾气处理催化剂                      205
8.6 生物质催化转化                          212
8.7 结论                               218