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第一章 工业催化剂的基本要求与特征 1

1.1 工业催化剂在经济上的重要性 1

1.2 工业催化剂的基本要求 2

1.3 原料、市场政策综合对工业催化剂生产的影响 14

参考书刊 18

第二章 工业催化剂的设计方法与程序 19

2.1 引言 19

2.2 催化剂设计的科学方法 21

2.2.2 可入选的催化剂材料 22

2.2.1 总体性的考虑 22

2.2.3 最可几的催化剂 28

2.2.4 表面活性中心和体相性质的了解 29

2.2.5 金属一载体的相互作用 31

2.2.6 催化剂配方 33

2.2.7 宏观结构的控制对催化剂设计的意义 33

2.3 催化剂设计的框图程序 34

2.4 催化剂主要组分的设计 37

2.4.1 键合理论与主组分设计的考虑 38

2.4.2 基于催化反应的经验规则 39

2.4.3 基于活化模式的考虑 42

参考书刊 43

第三章 助催化剂和载体的选择与设计 44

3.1 助催化剂的种类与功能 44

3.1.1 助催化剂的种类 45

3.1.2 助催化剂对催化剂性能和影响 48

3.2 助催化剂的选择与设计 51

3.2.1 助催化剂的设计方法 51

3.2.2 运用科学知识和催化理论设计助催化剂 52

3.2.3 通过研究催化反应机理确定助催化剂 53

3.3.1 概述 61

3.3 载体的作用及种类 61

3.3.2 载体的作用 65

3.3.3 载体的种类 82

3.4 载体材料的选择 87

3.4.1 选择载体的原则和依据 88

3.4.2 载体材料的选择方法 96

参考书刊 98

第四章 工业催化剂宏观结构的设计与控制 100

4.1 催化剂的宏观结构对催化反应的影响 100

4.2 催化剂颗粒的形状与大小的设计与控制 104

4.2.1 催化剂颗粒的形状与大小对压力降的影响 104

4.2.2 催化剂颗粒的形状与大小的设计与选择 105

4.2.3 催化剂颗粒的形状与大小的控制 108

4.3 催化剂比表面和孔结构的设计与控制 112

4.3.1 催化剂的比表面和孔结构对催化反应的影响 113

4.3.2 催化剂的孔结构对热传导和热稳定性的影响 126

4.3.3 催化剂的孔结构的选择和设计 130

4.3.4 催化剂的比表面和孔结构的控制 134

4.4 催化剂机械强度的设计与控制 154

4.5 催化剂活性组分分散度的设计与控制 161

4.5.1 催化剂的制备方法和制备条件对活性组分分散度的影响 161

4.5.2 催化剂的热处理和活化过程对活性组分分散度的影响 169

参考书刊 173

第五章 表征技术在工业催化剂的研究与设计中的应用 174

5.1 X射线衍射技术在催化中的应用 175

5.1.1 物相鉴定 175

5.1.2 晶胞常数的测定 177

5.1.3 微粒大小的测定 178

5.1.4 分子筛结构的研究 180

5.2 热分析技术在催化中的应用 182

5.2.1 催化剂制备方法和条件的选择 184

5.2.2 催化剂中加入第二组分的研究 185

5.2.3 催化剂还原的研究 187

5.2.4 活性组分与载体的相互作用 188

5.2.5 反应动力学的研究 191

5.3 气相色谱技术在催化中的应用 193

5.3.1 程序升温脱附法(TPD)研究催化剂表面性质 193

5.3.2 程序升温还原法(TPR)研究负载型金属催化剂 197

5.3.3 程序升温氧化法(TPO)研究催化剂的积炭 200

5.3.4 程序升温表面反应(TPSR)研究催化剂上的活性中心 202

5.3.5 脉冲色谱化学吸附法研究催化剂的金属分散度 206

5.4 红外光谱技术在催化中的应用 209

5.4.1 吸附态的研究 210

5.4.2 催化剂的表征 213

5.4.3 反应动态学研究 216

5.5 电子显微镜技术在催化中的应用 221

5.5.1 测定粒子大小及其分布 222

5.5.2 观察催化剂的孔结构 223

5.5.3 负载型金属催化剂的研究 224

5.6 电子能谱在催化中的应用 230

5.6.1 催化剂的状态组成分析 231

5.6.2 催化剂的表面特征和催化性能 233

5.6.3 分散度的测定 235

5.6.4 催化剂失活机理分析 237

5.6.5 在金属负载型催化剂中加入第二组分的作用 239

参考书刊 243

第六章 催化剂的失活、再生与寿命评价 244

6.1 导言 244

6.2 催化剂的中毒 246

6.2.1 催化剂中毒的分类 246

6.2.2 酸功能催化剂的中毒 251

6.2.3 金属的硫中毒 255

6.2.4 中毒与结构敏感性 256

6.3 催化剂的结焦 259

6.3.1 焦形成 261

6.3.2 结焦 266

6.4 载体上的金属催化剂的烧结 272

6.4.1 用于烧结研究的催化剂表征方法 273

6.4.2 实验得到的烧结结果 275

6.4.3 烧结和再分散的机理模型 283

6.5 固体催化剂的再生 285

6.5.1 催化剂再生的实验 286

6.5.2 焦炭燃烧的本征动力学 289

6.5.3 受内扩散限制的燃烧动力学模型 291

6.6 工业催化剂寿命的实验室规模考查方法 295

6.6.1 加速寿命试验的原则 296

6.6.2 加速寿命试验的方法 297

参考书刊 300

第七章 工业催化剂设计的案例分析 301

7.1 苯加氢制环已烷 301

7.1.1 反应的工业意义 301

7.1.2 苯加氢的热力学 302

7.1.3 选择活性组分 304

7.1.4 选择操作类型 306

7.1.5 反应的动力学研究 307

7.1.6 催化剂必备的品质 310

7.1.7 骨架镍 312

7.1.8 操作条件 315

7.1.9 反应器的选择及其操作 316

7.1.10 热问题 319

7.1.11 流程图 320

7.2 甲醇直接氧化成甲醛 321

7.2.1 反应的工业意义 321

7.2.2 化学转化的分析 323

7.2.3 选择活性组分 324

7.2.4 反应的动力学和机理 325

7.2.5 催化剂的组成 327

7.2.6 催化剂的制备 329

7.2.7 操作条件 334

7.2.8 确定反应管和反应器的尺寸 335

7.2.9 工艺流程图 337

7.3 催化重整 340

7.3.1 问题的定义 342

7.3.2 化学反应 346

7.3.3 活性物种的选择 352

7.3.4 动力学分析 356

7.3.5 重整催化剂所需要的特殊性质 359

7.3.6 工业制造 360

7.3.7 催化剂的性质 363

7.4 烃水蒸汽转化催化剂的设计 371

7.4.1 问题的分析 371

7.4.2 活性组分设计 373

7.4.3 评语 377

7.5 稀土元素促进的合成氨催化剂 377

7.5.1 三助催化剂的合成氨催化剂的作用机理 378

7.5.2 催化剂的减活及可能改良的途径 381

7.5.3 含氧化铈的HG-1合成氨催化剂 383

7.6 低碳混合醇催化剂的设计 385

7.6.1 一氧化碳加氢合成醇的反应机理 386

7.6.2 一氧化碳在过渡金属上的化学吸附 388

7.6.3 铜铁系合成混合醇催化剂的设计 389

参考书刊 394

第八章 工业催化剂设计的展望 396

8.1 催化科学的分子观 396

8.1.1 表面的原子结构 397

8.1.2 碳质的沉积 399

8.1.3 表面原子的氧化状态 401

8.1.4 催化剂的设计 402

8.2 人工智能与催化剂设计 403

8.2.1 催化剂设计专家体系的构成 404

8.2.2 反应机理和反应路线的知识表现 406

8.2.3 催化剂选择的知识表现 406

8.2.4 人工智能系统处理的结果 407

8.3 催化剂设计展望的其它方面 408

8.3.1 催化剂材料的开发 408

8.3.2 物理测定和数据库技术 409

8.3.3 高效催化剂制备方法的设计与开发 410

参考书刊 416