工业催化(唐晓东)(第二版)

第1篇工业催化作用基础

第1章绪论/2

1.1催化科学的诞生与发展/2

1.2催化技术的重要应用领域/6

1.2.1能源与化工催化/6

1.2.2化肥催化/7

1.2.3环境催化/8

1.2.4生物催化/9

1.2.5手性（不对称）催化/9

1.2.6新材料合成和新型催化材料/10

思考题/10



第2章催化剂概述/11

2.1催化剂和催化作用的基本特征/11

2.2催化体系的分类/14

2.2.1按催化反应体系物相的均一性分类/14

2.2.2按催化作用机理分类/16

2.2.3按催化反应类别分类/16

2.3催化剂的组成及工业催化剂的基本性能要求/17

2.3.1催化剂的组成/17

2.3.2工业催化剂的基本性能要求/18

思考题/21



第3章催化作用基础/23

3.1多相催化/23

3.1.1催化剂的吸附作用/23

3.1.2多相催化中的扩散/31

3.2均相催化/35

3.2.1均相催化的特点/36

3.2.2均相催化理论/36

3.2.3均相催化和多相催化的关联/38

3.3催化反应系统的分析/39

3.3.1催化反应系统简述/39

3.3.2中间物的活性本质/40

3.3.3催化循环/40

思考题/42



第2篇工业催化剂作用原理

第4章金属催化剂/44

4.1金属催化剂的吸附作用/45

4.1.1金属对气体的化学吸附能力/45

4.1.2化学吸附强度与催化活性/46

4.2金属的电子结构理论/47

4.2.1能带理论/47

4.2.2价键理论/47

4.3金属表面几何因素与催化活性/49

4.3.1原子间距/49

4.3.2晶面花样/50

4.4晶格的缺陷与位错/51

4.4.1晶格缺陷和位错的主要类型/51

4.4.2晶格不规整性与多相催化/51

4.4.3金属表面在原子水平上的不均匀性/52

4.5各类金属催化剂及催化作用/53

4.5.1块状金属催化剂/53

4.5.2负载型金属催化剂/53

4.5.3合金催化剂/56

4.5.4金属互化物催化剂/57

4.5.5金属簇合物催化剂/57

4.5.6金属膜催化剂/59

思考题/60



第5章金属氧化物催化剂/61

5.1非计量化合物和计量化合物/62

5.1.1非计量化合物的成因/62

5.1.2非计量化合物的类型/62

5.1.3计量化合物（本征半导体）/63

5.2半导体的能带理论/64

5.2.1半导体的能带结构/64

5.2.2施主和受主/65

5.2.3费米能级和脱出功/65

5.3气体在半导体上的化学吸附/66

5.4半导体的导电性与催化活性/66

5.4.1N2O的分解/67

5.4.2CO的氧化/67

5.5半导体Ef和φ对催化反应选择性的影响/68

5.6d电子构型、金属-氧键、晶格氧与催化活性/69

5.6.1d电子构型/69

5.6.2金属-氧键/69

5.6.3晶格氧（O2-）/69

5.7金属硫化物催化剂/70

5.7.1加氢脱硫及其相关过程的作用机理/71

5.7.2重油的催化加氢精制/71

思考题/72



第6章固体酸碱催化剂/73

6.1酸碱的定义和性质测定/73

6.1.1酸碱的定义/73

6.1.2固体酸碱性质的测定/74

6.2固体酸碱性的来源/78

6.2.1负载酸/78

6.2.2氧化物及复合氧化物/78

6.2.3金属盐/80

6.2.4固体超强酸/81

6.2.5杂多酸/81

6.2.6离子交换树脂/82

6.3固体酸碱性与催化作用/83

6.3.1酸中心类型与催化作用的关系/83

6.3.2酸强度与催化作用的关系/84

6.3.3酸浓度与催化活性的关系/84

6.4分子筛催化剂/85

6.4.1分子筛的结构/85

6.4.2分子筛的特性和催化性能/89

6.4.3分子筛的酸性来源/92

思考题/94



第7章均相催化剂/95

7.1液体酸碱催化剂/95

7.1.1酸碱催化反应的特点/95

7.1.2Brnsted酸碱催化剂/96

7.1.3Lewis酸碱催化剂/98

7.1.4有机小分子催化/99

7.2离子催化剂/99

7.2.1中性盐效应/99

7.2.2离子对催化剂/100

7.2.3金属离子催化剂/100

7.3络合催化剂/101

7.3.1络合催化中的化学键合/101

7.3.2络合催化的关键反应步骤/102

7.3.3络合催化循环/105

7.3.4配位场的影响/108

7.4离子液体催化剂/108

7.4.1离子液体的分类及特点/109

7.4.2离子液体的合成/109

7.4.3离子液体在催化反应中的应用/111

7.5均相催化剂的多相化/112

7.5.1均相催化剂存在的问题/112

7.5.2均相催化剂多相化的方法/113

7.5.3均相催化剂多相化效应/114

思考题/115



第3篇工业催化剂的组成、制备、使用、分析测试和表征

第8章助催化剂与载体/117

8.1助催化剂/117

8.1.1助催化剂的种类/117

8.1.2助催化剂对催化性能的影响/119

8.2载体/121

8.2.1理想载体应具备的条件/121

8.2.2载体的作用/121

8.2.3载体的分类/123

思考题/126



第9章 工业催化剂的制备技术/127

9.1概述/127

9.1.1催化剂制备特点/127

9.1.2催化剂制备技术/128

9.2沉淀法/128

9.2.1沉淀原理/128

9.2.2沉淀法的工艺过程/129

9.2.3沉淀法的分类/130

9.2.4金属盐前驱体和沉淀剂的选择/132

9.2.5影响沉淀形成的因素/133

9.3浸渍法/136

9.3.1载体的选择/136

9.3.2浸渍液的配制/137

9.3.3活性组分在载体上的分布与控制/137

9.3.4常用浸渍工艺/139

9.3.5浸渍颗粒的热处理过程/140

9.4混合法/142

9.5离子交换法/143

9.6熔融法/143

9.7其他制备技术/144

9.7.1微乳液技术/144

9.7.2溶胶-凝胶法/145

9.7.3等离子体技术/145

9.7.4微波技术/146

9.7.5超声波技术/146

9.7.6超临界技术/147

9.7.7原子层沉积技术/147

9.7.8冷冻干燥技术/148

9.7.9膜技术/148

9.8催化剂的成型/150

9.8.1成型工艺概述/150

9.8.2成型对催化剂性能的影响/151

9.8.3成型助剂/152

9.8.4几种重要的成型方法/153

思考题/156



第10章 工业催化剂的使用/157

10.1催化剂的装填/157

10.1.1催化剂筛分与装填/157

10.1.2开停车及钝化/158

10.2催化剂的活化/159

10.2.1还原活化/159

10.2.2硫化活化/160

10.2.3氧化活化/161

10.3催化剂的失活/161

10.3.1中毒/162

10.3.2积炭/163

10.3.3烧结/164

10.3.4活性组分流失/164

10.4催化剂再生与回收利用/164

10.4.1催化剂再生/165

10.4.2催化剂回收利用/166

思考题/167



第11章催化剂性能的评价、测试和表征/168

11.1催化剂的性能评价/168

11.1.1实验室反应器/168

11.1.2性能评价方法/172

11.2催化剂的宏观物性测定/174

11.2.1颗粒直径及粒径分布/174

11.2.2机械强度测定/175

11.2.3催化剂的抗毒稳定性及其测定/176

11.2.4比表面积测定与孔结构表征/177

11.3催化剂微观性质的测定和表征/181

11.3.1电子显微镜在催化剂研究中的应用/181

11.3.2X射线衍射技术/183

11.3.3热分析法/185

11.3.4程序升温分析法/188

11.3.5光谱分析法/191

11.3.6能谱分析法/193

11.3.7核磁共振技术/196

思考题/198



第4篇工业催化剂各论

第12章石油炼制催化剂/200

12.1催化裂化催化剂/200

12.1.1催化裂化的主要反应和反应机理/200

12.1.2催化裂化催化剂的组成及分类/201

12.1.3催化裂化催化剂的制备/202

12.1.4催化裂化催化剂的失活与再生/203

12.2催化加氢催化剂/204

12.2.1催化加氢的主要反应和反应机理/205

12.2.2催化加氢催化剂的分类及组成/208

12.2.3催化加氢催化剂的制备/210

12.2.4催化加氢催化剂的失活与再生/210

12.3催化重整催化剂/211

12.3.1催化重整的主要反应和反应机理/211

12.3.2催化重整催化剂的组成及分类/212

12.3.3催化重整催化剂的制备/213

12.3.4催化重整催化剂的失活与再生/214

12.4其他炼油催化剂/216

12.4.1C5～C6异构化催化剂/216

12.4.2C8芳烃临氢异构化催化剂/217

12.4.3烷基化催化剂/218

12.4.4烯烃叠合催化剂/218

12.4.5柴油氧化脱硫催化剂/219

思考题/219



第13章基本有机化工催化剂/220

13.1乙烯及其初级衍生物生产用催化剂/220

13.1.1碳二馏分选择性加氢除炔/220

13.1.2乙烯部分氧化制环氧乙烷/222

13.1.3乙烯和苯合成乙苯/224

13.2丙烯及其初级衍生物生产用催化剂/225

13.2.1碳三馏分选择性加氢除炔/225

13.2.2异丙醇脱氢制丙酮/226

13.2.3丙烯氧化制丙烯酸/227

13.2.4丙烯氨氧化制丙烯腈/227

13.2.5丙烯羰基合成制丁醇及2-乙基己醇/228

13.2.6丙烯和苯烷基化制异丙苯/229

13.3碳四馏分主要初级衍生物生产用催化剂/230

13.3.1异丁烷脱氢制异丁烯/230

13.3.2正丁烷或苯氧化制顺丁烯二酸酐/231

13.3.3异丁烯(叔丁醇)氧化制甲基丙烯酸/232

13.3.4顺酐酯化加氢或甲醛乙炔化制1,4-丁二醇/233

13.4轻质芳烃及其初级衍生物生产用催化剂/235

13.4.1乙苯脱氢催化剂/235

13.4.2甲苯歧化与烷基转移制二甲苯和苯/236

13.4.3二甲苯临氢异构化/237

13.4.4苯制己内酰胺/238

13.4.5邻二甲苯氧化制邻苯二甲酸酐（苯酐）/241

13.4.6对二甲苯氧化制对苯二甲酸/242

13.5甲醇及其初级衍生物生成用催化剂/243

13.5.1CO和H2合成甲醇/243

13.5.2甲醇羰基合成或乙醛氧化制醋酸/245

思考题/247



第14章化肥工业催化剂/248

14.1脱硫催化剂/248

14.1.1烃类加氢脱硫催化剂/248

14.1.2硫黄回收催化剂/250

14.1.3脱硫剂/255

14.1.4COS水解催化剂/256

14.2烃类转化催化剂/257

14.3CO变换催化剂/258

14.3.1铁铬系高温变换催化剂/259

14.3.2铜锌系低温变换催化剂/260

14.3.3CO宽温(耐硫)变换催化剂/261

14.4甲烷化催化剂/262

14.5合成氨催化剂/263

14.5.1合成氨催化剂研究进展/263

14.5.2合成氨铁催化剂的制备/265

14.5.3预还原催化剂/265

14.6制硝酸和制硫酸催化剂/265

14.6.1氨氧化制HNO3催化剂/265

14.6.2SO2氧化制H2SO4催化剂/266

思考题/267



第15章碳一化工催化剂/268

15.1甲醇及低碳醇合成催化剂/268

15.1.1甲醇合成催化剂/268

15.1.2低碳混合醇合成催化剂/270

15.2甲醇氧化制甲醛催化剂/272

15.2.1反应机理/272

15.2.2银催化剂/272

15.2.3铁-钼氧化物催化剂/273

15.2.4其他催化剂/274

15.3羰基合成催化剂/274

15.3.1氢甲酰化反应催化剂/275

15.3.2炔烃羰基化催化剂/276

15.3.3烯烃的羰基化催化剂/276

15.3.4甲醇羰基化制醋酸催化剂/276

15.3.5醋酸甲酯羰基化制醋酐催化剂/278

15.3.6氧化羰基化合成碳酸酯催化剂/278

15.3.7硝基化合物的还原羰基化催化剂/278

15.4费-托合成催化剂/279

15.4.1费-托合成催化剂类型/279

15.4.2费-托合成催化剂的制备/280

15.5碳一化工中的催化新工艺/281

15.5.1天然气的直接转化/281

15.5.2天然气间接转化利用/283

15.5.3膜技术在碳一化工中的应用/286

15.5.4CO2的利用/287

思考题/288



第16章环境保护和绿色化工催化剂/289

16.1空气污染治理的催化净化/290

16.1.1动态污染源的净化处理和三效催化剂/290

16.1.2静态污染源的催化处理/292

16.2工业废液的催化净化/294

16.3大气层保护与催化/295

16.3.1保护臭氧层的催化/295

16.3.2温室效应气体催化减排/296

16.4绿色化学催化/297

16.4.1零排放与绿色化学/297

16.4.2原子经济、E因子与绿色化工生产/299

16.4.3绿色催化的案例分析/300

16.5光催化/302

16.5.1光催化原理/302

16.5.2环境光催化/303

16.5.3光催化环保功能材料/303

思考题/303



参考文献/304