多相催化：基本原理與應用

第1 章　多相催化——二維化學 1
1.1 引言 3
1.2 催化的歷史背景 4
1.2.1 氨分解 5
1.2.2 催化氧化 5
1.2.3 Berzelius和催化概念 6
1.2.4 第一個工業(yè)催化過程 7
1.2.5 氨的合成 8
1.2.6 烴的水蒸氣重整 12
1.2.7 催化基礎研究 13
第2 章　表面與吸附 17
2.1 引言 19
2.2 清潔的表面 19
2.3 Langmuir對吸附的研究 22
2.4 Langmuir等溫線 22
2.5 氫氣的化學吸附 25
2.6 復雜分子的化學吸附 26
2.7 非均勻表面 27
2.8 非平衡吸附 28
2.9 吸附過程 30
2.10 化學吸附的歸納 34
2.11 物理吸附 36
2.12 p/p°≥0.3時物理吸附等溫線的特征 41
第3 章　催化劑是如何工作的？ 45
3.1 引言 47
3.2 催化過程 47
3.2.1 雙分子過程 47
3.2.2 單分子過程 50
3.2.3 催化過程的可逆性 52
3.2.4 催化過程的選擇性 52
3.2.5 動力學和機理 53
3.3 催化劑和催化活性位 53
3.4 金屬催化 55
3.4.1 引言 55
3.4.2 非負載金屬催化劑 57
3.4.3 負載型金屬催化劑 59
3.5 氧化物 61
3.6 硫化物 63
3.7 結(jié)論 64
第4 章　催化劑的制備 65
4.1 活性表面積和催化劑結(jié)構(gòu)的重要性 67
4.2 活性表面 68
4.3 催化劑載體 71
4.3.1 導論 71
4.3.2 氧化鋁(Al2O3) 72
4.3.3 二氧化硅(SiO2) 76
4.3.4 SiO2-Al2O3和沸石 79
4.3.5 二氧化鈦(TiO2) 80
4.3.6 氧化鋯(ZrO2) 81
4.3.7 碳 83
4.3.8 載體的“成型” 83
4.4 負載型催化劑 84
4.4.1 催化劑的浸漬 84
4.4.2 共沉淀催化劑 86
4.4.2.1 單離子沉淀 86
4.4.2.2 幾個物種在一起的沉淀: 共沉淀 87
4.4.2.3 尿素分解沉淀和共沉淀 91
4.4.2.4 氨基配合物的分解 93
4.5 催化劑表征 93
4.5.1 化學組成 93
4.5.2 相結(jié)構(gòu) 95
4.5.3 物理織構(gòu) 95
4.5.4 操作條件下的催化活性、選擇性和穩(wěn)定性 96
第5 章　催化反應器及催化反應動力學參數(shù)測量 97
5.1 引言 99
5.2 靜態(tài)反應器 100
5.3 攪拌反應器與強制循環(huán)反應器 103
5.3.1 攪拌反應器 103
5.3.2 強制循環(huán)反應器 104
5.4 流過式反應器 106
5.5 流化床反應器 110
5.6 脈沖反應器 112
5.7 TAP反應器 114
5.8 SSITKA 116
5.9 “原位/Operando” 法 117
5.10 微反應器法 119
5.11 結(jié)論 121
第6 章　催化反應動力學及反應機理 123
6.1 引言 125
6.2 單分子反應 125
6.3 雙分子反應———Langmuir-Hinshelwood動力學 129
6.4 雙分子反應———Eley-Rideal動力學 132
6.5 Mars-vanKrevelen機理 132
6.6 反應動力學表達式的實例 135
6.6.1 Langmuir方程及壓力函數(shù) 135
6.6.2 合成氨 136
6.6.3 乙烷氫解 138
6.6.4 甲烷化 140
第7 章　大型催化反應器 143
7.1 引言 145
7.2 催化劑的形狀 145
7.2.1 壓片 145
7.2.2 擠出成型 146
7.3 傳質(zhì)在催化反應中的重要性 147
7.3.1 外擴散 148
7.3.2 內(nèi)擴散 151
7.3.3 擴散限制對選擇性的影響 156
7.3.4 擴散限制對催化劑中毒的影響 157
7.4 催化反應中的傳熱 158
7.4.1 連續(xù)反應 158
7.4.2 可逆反應 160
7.4.3 可逆放熱反應的反應器 162
7.4.4 化學熱管: “Adam 和Eva過程” 165
第8 章　催化反應 169
8.1 引言 171
8.2 天然氣催化轉(zhuǎn)化 171
8.2.1 天然氣轉(zhuǎn)化制合成氣 173
8.2.2 費托合成 176
8.2.3 甲醇合成和甲醇重整 180
8.2.4 甲醇轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)品 186
8.3 原油轉(zhuǎn)化催化 188
8.3.1 原油蒸餾和原料凈化 188
8.3.2 加氫處理 191
8.3.3 輕質(zhì)石腦油異構(gòu)化 194
8.3.4 重質(zhì)石腦油重整 195
8.3.5 流化催化裂化(FCC) 196
8.4 石油化工產(chǎn)品和工業(yè)有機化學 200
8.5 環(huán)境催化 202
8.5.1 NOx 的選擇性還原 203
8.5.2 汽車尾氣處理催化劑 205
8.6 生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化 212
8.7 結(jié)論 218