镍/氧化铝-----重整催化剂—将甲烷或石脑油重整制合成气
Al2O3+铝酸钙水泥+石墨+水 成型16*16*6mm
预处理：120oC干燥、 1400oC焙烧,得载体
熔融浸渍硝酸镍10-20%
干燥、活化焙烧分解
熔融浸渍硝酸镍10-20% 干燥、活化焙烧分解 负载型镍催化剂
4.3.3 热熔融法

合成氨催化剂是采用热熔融法(melting)制成。将磁
混合
4.3.2浸渍法

将载体放进含有活性物质的液体中浸渍
载体（如Al2O3）的沉淀
洗涤干燥 载体的成型 用活性组份浸渍 干燥
焙烧分解 活化还原 负载型金属催化剂
浸渍法的优点

第一，可使用现成的有一定外型和尺寸的载体材 料，省去成型过程。

第二，可选择合适的载体以提供催化剂所需的物
理结构待性．如比表面、孔径和强度等。
沉淀 洗涤 干燥 焙烧 研磨 成型 催化剂
活 化
4.3.1.1 沉淀法分类
（1）单组分沉淀法

制备非贵金属的单组分催化剂或载体
载体Al2O3
Al3+ + OHAl2O3.nH2O 焙 烧 α- Al2O3， γ- Al2O3， η-Al2O3
（2）共沉淀法

多个组分同时沉淀（各组分比例较恒定，分 布也均匀）

膜催化剂
提高转化率 简化分离工序
(2) 利用现有廉价原料合成化工产品
•用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂 化工产生中原料费用占总成本的60-70%使用廉价原料是降低生产成 本重要途径。
•醋酸生产
最初：乙炔水合乙醛氧化为醋酸（HgCl2）
后来：乙烯直接氧化制乙醛再氧化为醋酸（PdCl2-CuCl2）
现在：甲醇羰基合成醋酸（铑络合物）


分散性和均匀性较低
湿混法

固体磷酸催化剂（促进烯烃聚合、异构化、 水合、烯烃烷基化、醇类脱水）
100份 硅藻土 300份 正磷酸 石磨 30份
磷酸负载于 硅藻土
混合
烘 干
成型、焙烧
固体 磷酸
干混法

锌锰系脱硫催化剂（合成氨厂的原料气净化， 脱除其中含有的有机硫化物）
氧化镁
锌-锰-镁 脱硫催化剂
•举例：
重整反应就是由一系列脱氢、加氢反应与异构化、环化反 应构成的。在所涉及的各步反应中需要不同催化功能的活 性中心。如脱氢反应需要有促进电子转移的活性中心，异 构化反应则需要有质子转移能力的活性中心。
4.2 催化剂设计步骤
（1）反应机理分析、反应热力学和动力学分析 ①在动力学上反应分子数不应高于双分子，因为三分子 反应是罕见的。 ②在热力学上平衡常数极小的反应是不现实的，因为经 历这样的过程，中间物种浓度太低。 ③应抛弃反应热过大的吸热反应，因为这类反应的活化 能太高，在动力学上是不利的。 ④在合理的范围内，应该选用所经历步骤最少的反应机 理。根据上述原则，可以拟定出反应机理。
碳酸锌
二氧化锰
机混
350 oC分解 碳酸锌
焙 烧
喷球
焙烧
脱硫 催化剂
4.3.5 离子交换法

利用离子交换作为其主要制备工序的催化剂制备方
法

利用离子交换的手段把活性组分以阳离子的形式交
换吸附到载体上

适用于低含量，高利用率的贵金属催化剂 用于活性组分高分散，均匀分布大表面的负载型金 属催化剂
分子筛上的离子交换
加热到90-100 0C尿素， 同时释放出OH-
（4）导晶沉淀法

借助晶化导向剂引导非晶型沉淀转化为晶型沉淀
X,Y分子筛 合成 加晶种 晶化
分子筛合 成原料
无定型物 X，Y晶体
高结晶度 转 化
4.3.1.1 沉淀法要求
（1）沉淀时金属盐类的选择

一般选用硝酸盐（大都溶于水） 贵金属为氯化物的浓盐酸溶液 铼选用高铼酸（H2Re2O7）

第三，由于所浸渍的组分全部分布在载体表面，
用量可减小，利用率较高，这对贵稀材料尤为重
要。

第四，所负载的量可直接由制备条件计算而得。
（1）浸渍法的原理


活性组份在载体表面上的吸附
毛细管压力使液体渗透到载体空隙内部 提高浸渍量（可抽真空或提高浸渍液温度） 活性组份在载体上的不均匀分布
（2） 浸渍法分类
功能。
举例:
①V2O5是选择氧化常用催化剂
同一族Nb2O5和Ta2O5也有选择氧化性能
②丁烷选择氧化制顺酐工业ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱMoO3-V2O5系催化剂同一
族WO3也具有同样功能
③金属加氢常用Fe、Co、Ni
Ⅷ族元素
同一族元素Re、Rh、Pd、Pt等也是优良的加氢催化剂。
注意: 同一族共同点是电子构型相同 但存在以下不同点： 原子（或离子）的半径不同、核电荷数等不同，从而影 响催化性能。
（2）沉淀时沉淀剂的选择

易分解挥发除去（氨气，氨水，铵盐，碳酸盐等） 形成的沉淀物便于过滤和洗涤（最好是晶型沉淀， 杂质少，易过滤洗涤）

沉淀剂的溶解度要大（这样被沉淀物吸附的量就少） 沉淀物的溶解度应很小 沉淀剂无污染
（3）沉淀形成影响因素

浓度
溶液浓度过饱和时，晶体析出，但太大晶核

重复多次的浸渍、干燥、焙烧可制得活性 物质含量较高的催化剂

可避免多组分浸渍化合物各组分竞争吸附
(d)浸渍沉淀法

将浸渍溶液渗透到载体的空隙，然后加入沉 淀剂使活性组分沉淀于载体的内孔和表面
H2PtCl6盐酸溶液 先 浸 渍 再加入 NaOH 沉淀
氢氧化铂 沉淀
易还原 粒子细
吸附
载体
载体
浸渍法实例
(3)化工新产品开发研制催化剂 (a)基本有机化学品 (b)药物合成 (c)高分子材料合成 (d)生物制品及精细专用化学品合成
环境友好工艺的开发而研制催化剂-绿色催化 举例：4-甲基噻唑生产 原先工艺需要五步
现在工艺（两步）
4.1.2 选择催化剂常用方法
(1)利用元素周期表进行催化剂活性组分的选择 （a）同一族元素具有相近的化学性质，表现出近似的催化
铁矿(Fe3O4) 与KNO3，A12O3等混合，在电炉中熔
融．然后将所得的熔融物进行破碎，过筛而制得所
需粒度的Fe催化剂。这种借助高温条件将各种组分
熔合为均匀分布的混合体、氧化物固熔体或合金固
熔体的方法就又称为热熔融法。
4.3.4混合法

直接将两种或两种以上物质机械混合
设备简单，操作方便，产品化学组成稳定 （球磨机、拌粉机）
4 催化剂的选择、设计和制备
4.1 催化剂的选择分类 4.2 催化剂设计步骤 4.3 催化剂的一般制备方法
基本要求：掌握催化剂的组分筛选、熟悉催 化剂设计的一般步骤。熟悉催化剂的制备过 程；
4.1 催化剂的选择分类
•4.1.2 催化剂研发的目的
不断改进现有催化剂的性能
利用现有廉价原料合成化工产品 为化工新产品和环境友好工艺的开发
（２）比较各步骤的相对速度，决定其控制步骤
有针对性地考虑所需催化剂。对于多功能催化反
应，至少要有两种以上活性组分，缺一不可。因
为所经历的反应机理中涉及到两种以上活性中心
来加速催化反应。这样可初步确定催化剂的活性
组分。
（３）催化剂功能强度的调节
工业催化剂与实验室催化剂异同： 1. 应用基础研究催化剂是工业催化剂基础. 2. 工业催化剂不等同小试研究催化剂. 主要差别: 1. 工业催化剂要适应化学工程特点 2. 工业催化剂要适应化学工程反应条件

铂/氧化铝-----重整催化剂—将汽油中直链烃芳构化
载体（99.9%Al2O3） 成型1/6*1/6英寸
预处理：比表面250m2/g, 0.56ml/g 540oC活化、冷却、浸渍铂氯酸0.2-0.6%
120oC 干燥 590oC活化焙烧分解
负载型重整催化剂
高温活化还原
浸渍法（多次浸渍）实例


氢型分子筛的制备（H-ZSM-5）
氢氧化钠
晶 化 Na-ZSM-5 分子筛 1 M NH4NO3 NH4-ZSM-5 分子筛 焙烧 脱氨 硫酸铝
硅酸钠
交换3～5次
H-ZSM-5
分子筛上的离子交换

制备Zn/ZSM-5(用于丙烷芳构化）
Na-ZSM-5 分子筛 焙烧脱 有机胺 1 M HCL 90oC交换3次 H-ZSM-5 Zn(NO3)2 溶液交换 洗涤焙烧
Zn/ZSM-5 催化剂
4.3.6 工业用催化剂的成型

反应器中需要一定尺寸和形状的催化剂 颗粒（球型、条型、微球型、蜂窝型等)

颗粒形状影响到催化剂的活性、选择性、 强度、阻力、传热
(1)固定床用催化剂

催化剂的强度、粒度范围较大


形状不一的粒状催化剂易造成气流分布不均
颗粒尺寸过小会加大气流阻力，且成型困难
（2）利用同一周期元素性质变化选择催化剂 同一周期元素位置变化时，电子构型改变，而且晶体构造 也可能改变，所以，同一周期元素的变化比同一族元素的变化
影响要大一些。
同一类型反应可选用不同化合态的物质做催化剂
(3)利用催化功能组合构思催化剂
有许多催化反应是由一系列化学过程来完成的。因此需
要不同的催化活性中心来实现，并有可能存在协同作用。
（a)过量浸渍法

将载体浸入过量的浸渍溶液中（浸渍液体超 过可吸收体积），待吸附平衡后，沥去过剩 溶液，干燥，活化后再得催化剂成品。
(b)等体积浸渍法

将载体与正好可吸附量的浸渍溶液相混合， 浸渍溶液刚好浸渍载体颗粒而无过剩。