沸石及沸石催化基础(1).ppt

沸石的催化剂工程
黄崇品 无机楼 310，64412054 ******@
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1 催化剂研发的工具-工程设计技术
安全、清洁、
高效的生产
1
催化化学
高效的催化剂
的工程设计技术
2
化学工程
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催化剂的工程设计
概念：“一旦催化作用在分子水平上有了一个“合理的”轮廓之后，就应当利用化学反应工程的工具来设计可实用的催化剂颗粒和装填这种催化剂颗粒的最佳反应器，达到整体优化的目的；
—Hegedus L L
目的：催化剂产品设计，反应装置设计与操作的合理化，整体化。达到两者之间的匹配。这也是“催化剂工程设计”的主要着眼点。
解决的问题：
用工程的观点，特别是催化反应工程观点，深入理解和剖析催化反应的工艺过程，研究并解决显示工业生产中可能出现的工程问题；
催化剂的研究需要适合工业反应器开发的放大要求；
制备催化剂的开发放大技术和催化剂的工程设计相互适应
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催化剂工程设计研究内容
1催化剂工程设计的基础研究
2催化剂和反应器开发的工程协调
3催化剂制备技术和有关化工单元操作的研究与应用
活性组分分布；催化剂的制备及性能研究；催化反应工程；
工业催化剂工程考评系统；过程动力学参数评估；提高催化剂活性利用率；改善选择性；延长寿命；强化反应器生产能力；数学模拟反应器性能等
规整或非规整孔径分布催化剂载体；颗粒载体粘合剂及填充剂；膜装、高分子载体；催化剂浸渍技术；粉料的混合及捏合；挤条、滚粒及压片技术；催化剂干燥及焙烧；超微催化剂制备技术
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制备放大规律
内扩散对催化性能的影响
反应工艺条件、催化剂失活及再生
多层次的角度、系统研究相关的科学技术问题，提出提高催化剂性能的整体技术方案并加以实施
反应化学
性能与结构
TG/DTA
XRD
On-line GC-MS
In-situ FTIR
TPD
催化剂工程设计
微观、介观及宏观层次上
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工业催化剂
反应条件
反应性能
温度
压力
空速
物料
孔道结构【宏观结构（形状、尺寸等）和微观结构（如孔隙率、孔径分布等】
性质【B酸，L酸，强酸，弱酸分布，氧化还原性，碱 性】
尺寸【颗粒直径，大小】
催化剂工程设计，优化
催化剂工程设计思路
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工业粒度分子筛催化剂不仅具有丰富的微孔，而且还有微粒之间的介孔和团粒之间的大孔。其中，大孔提供扩散孔道，介孔提供部分反应界面和微粒之间的扩散通道，而微孔则提供丰富的反应界面。
三种孔系与反应过程相互匹配（即反应-扩散耦合匹配），不仅有利于目的产物的生产，而且可减少副产物生成量，延长催化剂的使用寿命。
适中的酸性特点，强酸，弱酸，B,L酸的相互匹配也是影响反应特性的重要因素
催化剂工程设计的内容
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考虑工业分子筛催化剂的物理化学特性，从以下不同技术层面上，即
①分子筛粉体合成技术；
②分子筛粉体到工业催化剂成型加工技术；
③催化剂表征与评价技术；
④利用分子筛反应特性，建立以催化剂本身物理化学性质、反应条件为前提的人工神经网络系统，较精准预测反应性能，综合研究使催化剂性能达到更高的效率，提高反应性能。
催化剂工程设计实现的技术层面
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分子筛微孔和介孔孔道的调变方法-粉体层面
1．  合成材料时在结构导向剂中引入扩孔助剂；
【较大分子，长链烷烃，醇类，胺类等】
2．  骨架织构的缩聚（焙烧等）；
3．  控制直接与模板表面活性剂作用的胶团性质的方法（温度，溶液性质等）。
长链烷烃
表面活性剂
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分子筛微观织构特性调变技术
粉体层次： 添加有机助剂AC
samples
M0
M1
M2
M3
M 4
S (m2/g)
419
459
483
444
375
D (nm)





V(cm3g-1)





MCM-22分子筛的N2吸附脱附图
MCM-22 的X射线衍射图
AC助剂合成的MCM-22(C) 分子筛的织构特性
((0)~(4) express AC/SiO2=0，，，， molmol-1)
结晶度和比表面积先增大后减小
回滞环先增大后减小
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