催化剂工程导论（王尚弟)（第三版）

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
3.4.2X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
3.5.2X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(Mssbauer)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4-1ICI 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4-9CO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
7.2.3π-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
7.3Ziegler-Natta催化剂214
7.3.1Ziegler催化剂和Natta催化剂概述214
7.3.2Ziegler-Natta催化剂的主要化学组分215
7.3.3TiCl3-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Phillips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
7.6.1Ni(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CVD256
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8-1TiCl4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Fe2O3273
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
9.1.1ZSM-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9-4ZSM-5分子筛的新合成方法293
例9-5SAPO-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10-3Wacker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
10.1.3SHOP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