工业催化应用基础与实例

第1章工业催化基础

1.1工业催化发展史001

1.1.1基础化工催化工艺的开发期001

1.1.2炼油和石油化工工业的蓬勃发展时期002

1.1.3合成高分子材料工业的兴起003

1.1.4择形催化与新一代石油炼制工业004

1.1.5环境催化的发展时期004

1.1.6新型催化材料的发展时期005

1.1.7手性催化和制药工业006

1.2催化材料在工业中的应用007

1.2.1合成氨及合成甲醇催化剂007

1.2.2石油炼制及合成燃料工业008

1.2.3基础无机化学工业用催化剂009

1.2.4基本有机合成工业用催化剂010

1.2.5三大合成材料工业用催化剂010

1.2.6精细化工及专用化学品中的催化剂011

1.2.7催化剂在生物化学工业中的应用011



第2章催化反应与催化材料

2.1催化反应的定义与催化剂的特征013

2.1.1催化反应的定义013

2.1.2催化剂的特征013

2.1.3催化剂的组成015

2.2工业催化剂的要求018

2.3工业催化反应催化剂选择原则021

2.3.1形貌和粒度大小021

2.3.2机械强度022

2.3.3导热性能和比热容022

2.3.4再生性022

2.4工业催化反应分类022

2.4.1均相催化022

2.4.2多相催化023

2.4.3生物催化023

2.5工业催化反应类型023

2.5.1氢化反应023

2.5.2氧化反应024

2.5.3羟基化反应024

2.5.4聚合反应025

2.5.5裂解反应025

2.5.6水合反应025

2.5.7烷基化反应025

2.5.8异构化反应026

2.5.9卤化反应027



第3章催化剂表面的吸附作用

3.1多相催化的步骤028

3.1.1活性中间物种的形成029

3.1.2催化循环的建立029

3.1.3两步机理模型030

3.2催化剂的物理吸附与化学吸附030

3.2.1吸附位能曲线030

3.2.2物理吸附与化学吸附031

3.2.3化学吸附类型和化学吸附态032

3.2.4吸附态和吸附化学键033

3.3吸附平衡与等温式036

3.3.1吸附等温线036

3.3.2吉布斯(Gibbs)吸附等温线的分类038

3.3.3Langmuir吸附等温式039

3.3.4Freundlich吸附等温式040

3.3.5Tмкин吸附等温式041

3.3.6BET吸附等温式041



第4章工业催化剂的制备

4.1沉淀法044

4.1.1基本原理044

4.1.2沉淀法的工艺流程045

4.1.3沉淀法的分类046

4.1.4影响沉淀形成的因素048

4.2浸渍法050

4.2.1载体的选择050

4.2.2浸渍液的配制051

4.2.3活性组分在载体上的分布与控制051

4.2.4常用浸渍工艺053

4.2.5浸渍颗粒的热处理过程054

4.3熔融法056

4.3.1基本原理056

4.3.2合成氨熔铁催化剂的制备056

4.3.3骨架镍催化剂的制备059

4.3.4粉体骨架钴催化剂的制备059

4.3.5骨架铜催化剂的制备060

4.4溶胶-凝胶法060

4.4.1基本原理060

4.4.2溶胶的制备061

4.4.3凝胶的干燥061

4.4.4生产工艺流程及影响因素062

4.5共混法063

4.5.1生产方法064

4.5.2SO2氧化钒系催化剂的制备065

4.5.3锌锰系脱硫剂的制备066

4.6催化剂制备新技术068

4.6.1微乳化技术068

4.6.2等离子体技术069

4.6.3微波技术069

4.6.4超声波技术069

4.6.5超临界技术070

4.6.6膜技术070



第5章炼油工业与石油化工催化材料的应用

5.1催化重整072

5.1.1基本原理及主要反应072

5.1.2催化剂组成和种类073

5.1.3催化剂的制备075

5.1.4催化剂的失活与再生076

5.1.5催化重整的工艺流程077

5.2加氢处理催化剂080

5.2.1基本原理和主要反应080

5.2.2催化剂组成和种类081

5.2.3催化剂的制备082

5.2.4催化剂的失活与再生083

5.2.5加氢处理的工艺流程083

5.3低碳烷烃的异构085

5.3.1基本原理085

5.3.2异构化在清洁汽油生产中的作用086

5.3.3异构化反应和异构化催化剂087

5.3.4异构化的原料及其预处理089

5.3.5异构化的工艺流程089

5.4催化裂化催化剂091

5.4.1基本原理和主要反应091

5.4.2催化剂及其发展091

5.4.3催化剂的制备095

5.4.4催化剂的失活与再生097

5.4.5催化裂化的工艺流程097

5.5丁烷或苯生产顺丁烯二酸酐102

5.5.1丁烷氧化制顺酐102

5.5.2苯氧化制顺酐105



第6章无机材料在催化中的应用

6.1钼在催化中的应用107

6.1.1加氢精制过程107

6.1.2CO变换过程108

6.1.3低碳醇合成过程108

6.1.4烯烃环氧化过程108

6.1.5低碳烷烃的烯丙基氧化过程109

6.1.6低碳烷烃的选择性氧化过程109

6.1.7甲烷无氧芳构化过程109

6.2金在催化中的应用110

6.2.1烯烃加氢反应110

6.2.2低温CO氧化反应111

6.2.3水煤气变换反应112

6.2.4丙烯环氧化反应112

6.2.5醇及多羟基化合物的氧化反应113

6.2.6C—H键的活化反应114

6.2.7H2/O2合成H2O2114

6.2.8羰化反应中的应用114

6.3纳米碳材料在催化中的应用117

6.3.1纳米碳材料的结构118

6.3.2纳米碳材料的催化性能119

6.4核壳结构纳米复合材料在催化中的应用123

6.4.1金属-金属核壳结构催化剂123

6.4.2金属-氧化物核壳结构催化剂125

6.4.3氧化物-氧化物核壳结构催化剂125

6.4.4其他类型核壳结构催化剂127

6.5金属氧化物纳米复合材料在催化中的应用128

6.5.1赤铁矿(α-Fe2O3)128

6.5.2氧化锌(ZnO)128

6.5.3氧化钨(WO3)129

6.5.4氧化亚铜(Cu2O)130



第7章催化在能源转化中的应用

7.1化石能源的催化转化133

7.1.1煤炭利用中的催化转化133

7.1.2石油利用中的催化转化133

7.1.3天然气利用中的催化转化134

7.2新能源和可再生能源转换中的催化转化134

7.2.1生物质能134

7.2.2太阳能135

7.2.3氢能136

7.3煤制清洁燃料和化工原料关键技术136

7.3.1煤制合成天然气137

7.3.2煤制烯烃（MTO/MTP）137

7.3.3煤的部分液化——干馏138

7.3.4煤的直接液化（催化加氢法）138

7.3.5煤的间接液化（水煤气法）139

7.4煤催化气化技术的研究进展141

7.4.1催化剂141

7.4.2影响因素146

7.4.3工业化进程148

7.5能源转化发展建议149

7.5.1节流比开源重要149

7.5.2含碳资源合理有效利用150

7.5.3综合利用150



第8章环境保护催化与环境友好催化技术

8.1光催化技术152

8.1.1光催化机理152

8.1.2TiO2光催化影响因素153

8.1.3复合氧化物体系光催化剂155

8.1.4光催化剂的应用159

8.2CO2甲烷化技术160

8.2.1催化剂的组成160

8.2.2Ni基催化剂164

8.2.3非Ni基催化剂167

8.3直接甲醇燃料电池阳极催化剂167

8.3.1Pt基催化剂167

8.3.2非Pt基催化剂171

8.3.3催化剂载体171

8.4机动车尾气净化催化材料173

8.4.1汽车尾气的成分173

8.4.2汽车尾气的危害173

8.4.3碱金属和碱土金属催化剂173

8.4.4贵金属催化剂174

8.5发电厂烟道气催化处理技术175

8.5.1固定污染源排放的催化净化175

8.5.2烟气选择性催化还原脱硝原理和技术175

8.5.3NOx低温选择性催化还原催化剂178

8.6硫回收尾气催化焚烧技术182

8.6.1硫回收尾气来源及组成182

8.6.2硫回收尾气催化焚烧与热焚烧对比183

8.6.3国内技术进展183

8.6.4国外技术进展184

8.7电化学催化氧化降解含酚废水186

8.7.1电化学催化186

8.7.2电化学催化阳极材料的研究进展188

8.7.3电化学催化阴极材料的研究进展190

8.7.4电化学催化化学废水处理反应器192



第9章催化的新技术(绿色催化)

9.1组合催化197

9.1.1组合多相催化过程197

9.1.2组合多相催化材料库的制备199

9.1.3高通量筛选技术200

9.1.4微型组合反应器202

9.2反应控制相转移催化203

9.2.1反应控制相转移催化的定义203

9.2.2反应控制相转移催化的应用203

9.3离子液体催化209

9.3.1离子液体在液-液两相催化中的催化210

9.3.2离子液体在两相催化中的应用211

9.4变换催化剂212

9.4.1传统变换催化剂研究状况212

9.4.2燃料电池技术及对变换催化剂的要求214

9.4.3新型变换催化剂215

9.4.4其他种类变换催化剂219

9.5酶催化220

9.5.1催化水解220

9.5.2有机合成221

9.5.3食品工业222

9.6电助光催化222

9.6.1电助光催化技术的基本原理223

9.6.2电助光催化反应器类型和半导体光催化剂电极224

9.6.3电助光催化技术的影响因素226

9.6.4电助光催化技术的能量效率228

9.6.5电助光催化技术的应用方向228



参考文献