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1、催化剂工程导论复习题库一、名词解释催化剂一种物质,旧称触媒,它能够转变反响的速度而不转变反响的吉布斯自由焓变化,这种作用称催化作用。载体固体催化剂所特有的组分,起增大外表积,提高耐热性和机械强度的作用,有时还担当共催化剂或助催化剂的角色。抑制剂假设在主催化剂中添加少量的物质,能使前者的催化活性适当降低, 甚至在必要时大幅度下降,则这种少量的物质称为抑制剂。和助催作用相反。均匀共沉淀法是使待沉淀金属盐溶液与沉淀剂母体充分混合,预先造成一种格外均匀的体系,然后调整温度和时间,渐渐提高pH 值,或者在体系中渐渐生成沉淀剂等方式,制造形成沉淀的条件,使沉淀缓慢进展,以制得颗粒格外均匀而且比较纯洁的沉淀
2、物。陈化沉淀在其形成之后发生的一切不行逆变化称为沉淀的陈化。浸渍法将载体浸泡在含有活性组分注、助催化剂组分的可溶性化合物溶液中,接触确定的时间后除去过剩的溶液,再经过枯燥、焙烧和活化,即可制得催化剂。熔融法是在高温条件下进展催化剂组分的熔合,使其成为均匀的混合体,合金固溶体或氧化物固体。适用于少数不得不经熔炼过程的催化剂,为的是要借助高温条件将各个组分熔炼成为均匀分布的混合物,甚至形成氧化物固溶体或合金固溶体。离子交换法借用离子交换剂作为载体,以阳离子的形式引入活性组分,制备高分散、大比外表积、均匀分布的附载型金属或金属离子催化剂。机械强度催化剂抗拒外力作用而不致发生破坏的力气。强度是任何固体
3、催化剂的一项主要性能指标,它也是催化剂其他性能赖以发挥的根底。寿命指催化剂在使用条件下,维持确定活性水平的时间单程寿命,或者每次活性下降后经再生而又恢复到许可活性水平的累计时间总寿命。寿命是对催化剂稳定性的总概括。转化率反响物 A 已转化的物质的量与反响物 A 起始的物质的量之比,以百分数表示。空速物料的流速单位时间的体积或质量除以催化剂的体积就是体积空速或是质量空速,单位 s-1。选择性选择性=所得目的产物的物质的量/已转化的某一关键反响物的物质的量100%。收率收率=产物中某一类指定的物质总量/原料中对应于该类物质的总量100%。单程收率得率:单程收率得率=生成目的产物的质量的量/起始反响
4、物的物质的量100%。比外表积单位质量催化剂多孔物质内外外表积的综合,简称比外表,单位为m2/g。二、填空催化剂是化学工业的基石。当催化剂与反响物形成均一相时,这种催化反响称为均相反响。催化剂和反响物均为气体时成为气相均相催化反响。催化剂与反响物均为液相时则称为液相均相反响。催化剂和反响物均为处于不同相时,反响称为多相催化反响。气体反响物和固体催化剂组成的反响体系称为气-固多相催化反响。按工艺与工程特点分类:催化剂可分为多相固体催化剂、均相协作物催化剂和酶 催化剂等三大类。主催化剂 活性组分是起催化作用的根本性物质,没有它,就不存在催化作用。共催化剂是能和主催化剂同时起作用的组分。助催化剂是催
5、化剂中具有提高主催化剂活性、选择性,改善催化剂的耐热性、 抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分。沉淀法的关键设备一般是沉淀槽,其构造如一般的带搅拌的釜式反响器。多组分共沉淀法是将催化剂所需的两个或两个以上组分同时沉淀的一种方法。常用的沉淀剂:NH4OH,NH3,NH42CO3,碱类、碳酸盐类、有机酸、铵盐等。加料挨次有:顺加法、逆加法、并加法。以洗涤液除去固态物料中杂质的操作常用的洗涤液是纯水,包括去离子水和蒸馏水。枯燥是固体物料的脱水过程,通常在 60200下的空气中进展,一般对化学构造没有影响。影响复原操作的因素:复原温度、压力、复原气体组成和空速等。 压片成型适用于高压高流速固定床反响器。
6、挤条成型主要用于塑性好的泥状物料:铝胶、硅藻土、盐类和氢氧化物成型。油中成型主要用于生产高纯度氧化铝球,微球硅胶等。转动成型主要用于产品机械强度不高,外表粗燥,外形规整。一般而言,衡量一个催化剂的质量与效率,集中起来是活性、选择性和使用寿命这三个指标。对于活性的表达方式,还有一种更直观的指标就是转化率,该指标使用更广泛。催化剂密度的大小反映出催化剂的孔构造与化学组成、晶相组成之间的关系。用量筒测量催化剂的体积,所得到的催化剂的密度称为堆密度。三、推断题1、催化剂能使反响按的途径,通过一系列基元步骤进展,催化剂是其中的第一步反响物也是最终一步产物。2、催化作用是一种化学作用。3、光、电、热以及磁
7、场等物理因素,虽然有时也能引发并加速化学反响,但其所应起的作用一般不能成为催化作用,而特别的可以称为电催化和光催化作用等。催化剂只能加速热力学上可能进展的化学反响,而不能加速热力学上无法进展的反响。催化剂只能转变化学反响的速率,而不能转变化学平衡的位置。催化剂不转变化学平衡,意味着对正方向有效的催化剂对反方向也有效。苯乙烯聚合中所用引发剂二叔丁基过氧化物,它在聚合过程中消逝了,故不能称为催化剂。枯燥对催化剂的物理构造,特别是孔构造及机械强度会产生影响。复原操作可以叫做活化,但是并非全部的活化操作都是复原操作。复原吸热反响,提高温度有利于催化剂的彻底复原,反之,提高温度不利于复原。催化剂的评价一
8、般在完全一样的操作条件下,比较不同催化剂的性能的差异; 评价催化剂时转变催化剂不转变条件,动力学试验,转变条件不转变催化剂。 对于一个选定反响器,转变待评价催化剂颗粒大小,测定其反响速率,假设不存在内集中,其反响速率不变。一般地说,催化剂孔体积越大,其密度越小。催化剂组分中重金属含量越高,则密度越大;载体的晶相不同,密度也不同。在有内集中阻力存在的状况下,催化剂的孔构造对简洁体系反映的选择性有直接的影响。四、简答题1、催化剂的根本特性有哪些?答:1催化剂能够加快化学反响速率,但本身并不进入化学反响的计量;(2) 催化剂对反响具有选择性,即催化剂对反响类型、反响方向和产物构造具有选择性;(3)
9、催化剂只能加速热力学上可能进展的化学反响,而不能加速热力学上无法进展的反响;(4) 催化剂只能转变化学反响的速率,而不能转变化学平衡的位置;(5) 催化剂不转变化学平衡,意味着对正方向有效的催化剂对反方向也有效。2、多相固体催化剂的化学组成有哪些?答:1主催化剂 活性组分:是起催化作用的根本性物质,没有它,就不存在催化作用;(2) 共催化剂:是能和主催化剂同时起作用的组分;(3) 助催化剂:是催化剂中具有提高主催化剂活性、选择性,改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度和寿命等性能的组分;(4) 载体:是固体催化剂所特有的组分,起增大外表积,提高耐热性和机械强度的作用,有时还担当共催化剂或助催化剂
10、的角色。与助催化剂不同:载体在催化剂中的含量远大于助催化剂;(5) 其他:稳定剂和抑制剂。3、稳定剂的作用是什么?答:从晶体构造的角度考虑,会导致结晶外表积削减的主要因素是由于相邻的较小的结晶的集中、聚拢而引起的结晶长大,像金属或金属氧化物以累简洁的固体, 假设它们是以细小的结晶形式存在,特别简洁烧结。鉴于这种理由,当催化剂中活性组分是一种熔点较低的金属时,通常还应含有很多耐火材料的结晶,后者起着“间隔体”的作用。4、固体非均相催化剂优点有哪些?答:气液相产物易于固体催化剂相分别,满足其催化过程,仅需要简洁的设备条件和有限的操作,催化剂耐热性好,因而易于把握,产物质量高。固体非均相催化剂的缺点
11、有哪些?答:多相催化机理简洁,相间现象变得重要,集中和吸取,吸附等全部因素,对反响速率起着重要的作用,说明反响机理分析困难,难以在试验室争辩清楚。5、均相催化优点有哪些?答:易于在试验室争辩清楚,易于表征,由于均相协作物可溶于反响介质,分子集中于溶液中,不受相间集中的影响,因而它的活性往往比多相催化剂高6、催化本质是什么?答:催化剂之所以具有催化活性,是由于它能够降低所催化反响的活化能,而催化剂之所以够降低所催化反响的活化能则又是由于在催化剂的存在下,转变了非催化反响得历程。7、常用工业催化剂的制造方法有哪些?答:常用工业催化剂的制造方法有沉淀法、浸渍法、混合法、熔融法和离子交换法等几种。8、
12、沉淀法又可分为哪几类?答:沉淀法又可分为单组分沉淀法、多组分沉淀法、均匀共沉淀法、浸渍沉淀法和导晶沉淀法等几类方法。9、选择沉淀剂的留意事项有哪些?答:1尽可能使用易分解挥发的沉淀剂;(2) 形成的沉淀物必需便于过滤和洗涤;(3) 沉淀剂的溶解度要大;(4) 形成的沉淀物溶解度要小;(5) 沉淀剂必需无毒,不应造成环境污染。10、焙烧目的是什么? 答:焙烧的目的有 3 个:(1) 除去化学结合水和挥发性物质 CO2、NO2、NH3 等,使之转化成所需的化学成分和化学形态,气体逸出后在催化剂中留下空隙,使内外表增加;(2) 通过把握焙烧温度,使基体物料向确定晶型或固溶体转变;(3) 在确定的气氛
13、和温度条件下,通过再结晶与烧结过程,把握微晶粒的数目与晶粒大小,从把握催化剂的孔径和比外表等,把握其初活性,还可以提高机械强度。11、浸渍法的优点有哪些?答:1可以用既成外形与尺寸的载体,省去催化剂成型的步骤;(2) 可以选择适宜的载体,供给催化剂所需物理构造特性比外表积,孔半径。机械强度、热导率;(3) 附载组分多数状况下仅仅分布在载体外表上,利用率高,用量少,本钱低。12、常用的浸渍方法有哪些?答:1过量溶液浸渍法;2等体积浸渍法;3屡次浸渍法;4浸渍沉淀法;5流化喷洒浸渍法;6蒸气相浸渍法。13、离子交换法的特点是什么?答:负载的活性组分分散度高,尤其适用于低含量,高利用率的贵金属催化剂
14、的制备。能将小至 0.34nm 直径的微晶的贵金属粒子负载在载体上,而且分布均匀;在活性组分含量一样时,催化剂的活性和选择性比一般用浸渍法制备的催化剂要高。14、成型方法种类有哪些?答:成型方法有压片成型、挤条成型、喷雾成型、油中成型和转动成型等几种。15、催化剂比外表积测试方法有哪些?答:催化剂比外表积测试方法有经典的 BET 法、容量法、重量法和气相色谱法等几种。16、催化剂参考样品剖析的最终目的是什么?答:通过化学分析和物力测试,推断催化剂参考样品的原料、配方、制备工艺主要制备条件;通过对催化活性、选择性、机械强度及其他性能的评价测试和表征, 了解参考样品的根本性能特点,为待开发催化剂供
15、给比较基准。17、主催化剂的选择途径有几种?答:从活性样本推断、从吸附和吸附热推断、从几何对应性推断、从电子态效应推断。18、常用选助催化剂方法是什么?答:将助催化剂引入主催化剂的晶体构造中,从而转变主催化剂阳离子的位置和价态,可以到达转变主催化剂的某些性质的目的;将助催化剂引入主催化剂的构造,形成固溶体固体溶液,以转变主催化剂的性质或和稳定的主催化剂的高分散度。19、构造性助催化剂选择原则是什么?答:1要有较高的熔点,在使用条件下是稳定的,最好不易被复原成金属;(2) 对于催化反响是惰性的,否则就可能转变催化剂的活性或选择性;(3) 构造性助催化剂应不与活性组分助催化剂和调变性助催化剂发生化学变化,如生成的化合物或合金,则会使活性组分产生构造性中毒。20、载体选择应考虑的因素有哪些? 答:两个方面因素。化学方面:比活性,活性组分间的相互作用涉及选择性、双功能催化剂,催化剂失活稳定性、抗毒、抗烧结,和反响物或溶剂无相互作用等。物理方面:比外表积影响活性、活性组织分布、孔隙率影响传质传热、颗粒尺寸与外形(涉及孔集中、阻力降)、机械稳定性、热稳定性、堆密度单反响器体积活性组分含量、活性相稀释避开热点、可分别性粉末催化剂过滤 等。
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