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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