固体催化剂制备原理与技术

第1章 绪论

1.1催化剂催化过程与国民经济

1.2催化与化学化工过程的绿色和低碳化

1.2.1持续发展与绿色化学

1.2.2精细化学品合成的绿色化

1.2.3催化与低碳化

1.2.4催化与环境

1.3催化剂和催化过程

1.3.1催化剂和催化过程的发展

1.3.2固体催化剂的一些重要性质

1.4固体催化剂的分类

1.5催化剂制备中的主要操作

1.6催化材料与工业应用的催化剂

1.7本书的思路

参考文献

第Ⅰ部分本体催化剂和载体制备科学原理

第2章 金属氧化物类

2.1引言

2.1.1溶度积

2.1.2部分电荷模型

2.2水溶液中金属阳离子

2.2.1金属盐在水中的溶解

2.2.2金属阳离子的水解

2.2.3Si（Ⅳ）的水解

2.2.4Al（Ⅲ）的水解

2.2.5V（Ⅴ）、Mo（Ⅵ）、W（Ⅵ）的水解

2.3金属离子的沉淀和共沉淀

2.3.1引言

2.3.2沉淀

2.3.3共沉淀

2.3.4沉积.沉淀

2.4水解产物.羟基化前身物的缩聚

2.4.1羟聚作用

2.4.2氧桥合作用

2.4.3Al（Ⅲ）的缩聚

2.4.4Si（Ⅳ）的缩聚

2.4.5V（Ⅴ）的缩聚

2.4.6钼酸盐的制备化学

2.4.7V/P/O混合氧化物的制备化学

2.5络合和化学控制缩聚

2.5.1络合作用和化学混合

2.5.2阳离子前身物的络合作用

2.5.3Zr（Ⅳ）前身物的络合和缩聚

2.6胶化和凝聚

2.6.1胶化

2.6.2硅胶制备中的胶化过程

2.7超高纯金属氧化物载体的制备

2.7.1氧化铝

2.7.2熔融铝的浸煮

2.7.3用铝和氯化铝制造氧化铝

2.7.4挥发性盐类的热分解

2.8经典的结晶理论

2.8.1经典成核理论

2.8.2成核研究的结果

2.9无机纳米晶体的大小和形状的控制

2.9.1引言

2.9.2表面活性剂自装配胶体溶液的结构和使用

2.9.3纳米晶体大小的控制

2.9.4影响纳米晶体形状控制的因素

2.10更高阶构造的自组装和杂化纳米结构的转化

2.10.1引言

2.10.2成核和晶体生长的动力学控制

2.10.3晶体生长的聚集媒介路径

2.10.4介观尺度上纳米粒子链的自装配

2.10.5介观尺度转换和突变纳米结构

2.10.6生物矿化中的介观尺度转化和母体.媒介成核

2.10.7总结和展望

参考文献

第3章 沸石分子筛类

3.1引言

3.1.1沸石分子筛的一般介绍

3.1.2沸石分子筛的分类

3.1.3微孔沸石分子筛的一般孔道结构

3.1.4沸石分子筛合成的简要发展历史

3.1.5沸石分子筛的物理化学性质

3.1.6沸石分子筛的应用

3.2常规沸石的合成和无机阳离子

3.2.1常规沸石分子筛的水热合成

3.2.2A型沸石分子筛的合成

3.2.3X型沸石分子筛的合成

3.2.4Y型沸石分子筛的合成

3.2.5制备合成条件控制

3.2.6沸石分子筛合成有关问题的详细讨论

3.3有机阳离子和高硅沸石分子筛的水热合成

3.3.1有机模板剂（结构导向剂）

3.3.2ZSM.5沸石分子筛

3.3.3ZSM.5的纯无机合成

3.3.4沸石β合成

3.3.5有机结构导向剂的作用

3.4沸石分子筛构架元素的替换

3.4.1引言

3.4.2替换硅元素——磷铝类分子筛的合成

3.4.3有机阳离子替换无机阳离子——高硅和全硅沸石的合成

3.4.4F-替代羟基离子OH-（非氢氧化物矿物化试剂）

3.4.5硅和/或铝的部分替代——杂原子分子筛的合成

3.4.6无水合成——分子筛的“干”合成或气相合成

3.4.7水溶剂被替代——非水溶剂合成

3.4.8沸石晶体间的转化——沸石转晶合成

3.4.9种子晶体的使用

3.5沸石分子筛的二次合成

3.5.1引言

3.5.2沸石的阳离子交换改性

3.5.3沸石的脱铝改性

3.5.4化学法脱铝补硅

3.5.5沸石骨架杂原子的同晶置换

3.5.6沸石分子筛的表面修饰

3.6沸石分子筛合成机理介绍

3.6.1沸石合成机理简介

3.6.2沸石体系中的成核机理

3.6.3晶体生长机理

3.7沸石合成过程模型化进展

3.7.1合成反应的数学模型

3.7.2分子模拟

3.7.3分子力学计算基础

3.7.4Monte Carlo 拓扑的应用

3.7.5密度函数理论

3.7.6模拟计算中的一些问题

3.7.7量子力学方法

3.7.8沸石结晶动力学介绍

3.8表面活性剂水溶液

3.8.1引言

3.8.2表面活性剂.水体系

3.8.3表面活性剂囊泡体系的相转变

3.8.4高分子表面活性剂的溶液性能

3.9介孔材料（分子筛）水热合成

3.9.1引言

3.9.2介孔结构材料合成方法

3.9.3介孔氧化硅和硅铝酸盐的合成

3.9.4介孔金属硅酸盐的合成

3.9.5介孔结构金属氧化物的合成

3.9.6介孔材料制备的发展趋势

3.10有序介孔材料形成机理

3.10.1介孔硅材料的合成机理

3.10.2非硅基材料合成机理

参考文献

第4章 其他类

4.1生产活性炭载体的原料

4.2含碳原料的碳化（热解）和活化

4.2.1热加工工艺

4.2.2化学活化工艺

4.2.3氯化锌工艺

4.2.4磷酸工艺

4.2.5硫化钾工艺

4.2.6工艺参数对活性炭性质的影响

4.3结构型活性炭的制备

4.3.1碳蜂窝独居石

4.3.2集成或整体碳蜂窝独居石的制备

4.3.3活性炭纤维载体的制备

4.3.4环境催化应用

4.4结构陶瓷和结构金属载体的制备

4.4.1引言

4.4.2结构陶瓷.独居石

4.4.3陶瓷独居石载体的制备

4.4.4低比表面积陶瓷独居石载体

4.4.5高比表面积陶瓷独居石载体

4.4.6整体独居石催化剂

4.4.7结构金属载体

4.5纤维催化剂及载体

4.5.1引言

4.5.2纤维材料和纤维催化材料制备

4.5.3纤维结构的几何性质

4.5.4纤维和布催化剂的应用

4.6Raney型金属催化剂

4.6.1引言

4.6.2Raney型金属的制备

4.6.3Raney镍催化剂种类

4.6.4不同Raney镍催化剂的比较

4.7熔铁催化剂的制备

4.7.1制备化学

4.7.2凝固和冷却速率的影响

4.7.3氨合成熔铁催化剂的预还原

4.8非晶态合金催化剂制备

4.8.1引言

4.8.2快速冷却法

4.8.3化学还原法

4.8.4浸渍还原法

4.8.5化学还原法的改进

4.8.6胶态金属的制备

4.9制备本体催化剂和载体的其他方法

4.9.1高温陶瓷法

4.9.2氮化物和碳化物的制备

4.9.3高分子离子交换树脂

参考文献

第Ⅱ部分负载催化剂制备的物理化学基础

第5章 催化活性物种在表面的富集

5.1引言

5.1.1载体在浸渍液中的行为

5.1.2活性组分前身物在水溶液中的行为

5.1.3溶液中活性组分前身物种与载体表面的相互作用

5.2载体的选择

5.3弱相互作用的富集及其转化

5.3.1等体积浸渍法

5.3.2气相前身物在载体表面的沉积和富集

5.3.3吸附或沉积前身物在载体表面的再分散

5.3.4催化活性物种的富集或沉积

5.3.5浸渍

5.3.6均匀富集或沉积

5.4界面静电相互作用

5.4.1静电相互作用

5.4.2分子工程制备方法

5.5离子交换

5.6接枝作用.化学键合

5.6.1水溶液中的配体取代：通过羟基相互作用接枝

5.6.2有机介质中的配体取代

5.7均相催化剂固载化技术

5.7.1有机金属化合物的固载化

5.7.2手性合成催化剂的固载化

5.7.3生物催化剂的固载技术

参考文献

第6章 催化活性物种在结构表面的沉积

6.1概述

6.2结构表面的预处理技术

6.2.1阳极氧化

6.2.2热氧化

6.2.3化学处理

6.3液相涂层技术

6.3.1悬浮涂渍

6.3.2溶胶.凝胶沉积

6.3.3悬浮和溶胶.凝胶组合技术

6.3.4悬浮、溶胶.凝胶和组合技术比较

6.3.5电泳沉积

6.3.6电化学沉积和化学镀

6.3.7浸渍

6.4在结构表面沉积的其他技术

6.4.1化学气相沉积

6.4.2物理气相沉积（PVD）

6.5不同技术获得结果的比较

6.6在不同基质上沸石的合成

6.7碳载体在结构表面的沉积

6.7.1引言

6.7.2碳涂层蜂窝独居石

6.7.3在陶瓷表面的沉积

6.7.4在金属表面的沉积

6.7.5环境应用

6.8陶瓷蜂窝独居石载体上的沉积

6.8.1引言

6.8.2独居石结构

6.8.3独居石催化剂的制备

6.9金属蜂窝独居石载体上的沉积

6.9.1金属基质

6.9.2表面处理和催化涂层

6.9.3独居石金属基质上涂层的黏结性

6.9.4阳极氧化制备技术

参考文献

第7章 薄膜催化剂

7.1概述

7.1.1“简单”吸着.扩散膜

7.1.2“复合”吸着.扩散膜

7.1.3离子传导膜

7.2金属氧化物和陶瓷薄膜制备技术一般介绍

7.3金属氧化物薄膜的液相低温制备技术

7.3.1 引言

7.3.2主要技术

7.3.3主要的改进技术

7.4微孔薄膜的制备

7.4.1引言

7.4.2微孔无机膜

7.5沸石膜的制备

7.5.1引言

7.5.2沸石膜制备概念

7.5.3评价膜质量的单一组分渗透和混合物分离

7.5.4MFI沸石膜层的性能

7.6在结构表面沉积沸石膜

7.6.1在含沸石浆液中浸泡涂层陶瓷独居石

7.6.2在陶瓷独居石上原位合成

7.7致密透氧膜和透氢膜

7.7.1离子传输膜

7.7.2致密合金膜

7.8微孔无机膜中的渗透

7.8.1沸石膜中气体的分离

7.8.2微孔无机膜的应用

7.8.3产业化的障碍和困难

参考文献

第Ⅲ部分固体催化剂制备单元操作

第8章 基本单元操作

8.1概述

8.2沉淀

8.2.1影响沉淀的主要参数或操作变量

8.2.2沉淀设备

8.2.3胶体沉淀

8.3共沉淀和络合沉淀

8.3.1共沉淀

8.3.2络合沉淀

8.4沉积或吸附.沉淀

8.4.1沉积沉淀

8.4.2吸附沉淀

8.4.3再洗涤和离子交换

8.5浸渍

8.5.1引言

8.5.2载体的选择

8.5.3浸渍操作和设备

8.6涂渍

8.6.1沉淀沉积

8.6.2锚定涂层或洗涤涂层

8.6.3涂渍设备

8.7水热结晶操作

8.7.1沸石分子筛的晶化合成

8.7.2水热晶化操作的设备

8.7.3水热合成的例子：ZSM.5沸石

催化剂的制备

参考文献

第9章 通用单元操作

9.1倾析、过滤和洗涤

9.2倾析、过滤和洗涤设备

9.2.1实验室设备

9.2.2工业过滤设备

9.3干燥

9.3.1干燥设备和装置

9.3.2工厂制备用干燥设备

9.4混炼、混合、破碎、粉碎、筛分和浆液输送

9.4.1混炼

9.4.2混合

9.4.3破碎、粉碎和筛分

9.4.4溶液和浆液的输送

9.5超临界干燥

9.5.1引言

9.5.2超临界制备原理

9.5.3超临界干燥设备

9.5.4影响超临界干燥的主要因素

9.5.5超细粒子催化剂的应用

参考文献

第10章 活化操作

10.1概述

10.2焙烧或煅烧活化

10.2.1热分解反应

10.2.2焙烧导致的固相反应

10.2.3晶型转化

10.2.4V/Ti/O混合氧化物的化学制备

10.2.5V/P/O混合氧化物催化剂的焙烧活化脱水

10.2.6 V/P/O混合氧化物活化/老化程序

10.2.7烧结

10.3焙烧用设备

10.3.1实验室焙烧用设备

10.3.2工业用焙烧设备

10.4焙烧实例

10.4.1铝凝胶的焙烧

10.4.2沸石分子筛的焙烧

10.5碳化料的高温活化制活性炭

10.5.1活化操作

10.5.2碳活化的设备

10.5.3活性炭制备的其他操作

10.6还原和硫化

10.6.1引言

10.6.2本体金属（或多金属）催化剂的还原过程

10.6.3氨合成催化剂的还原

10.6.4合成气加氢催化剂的还原

10.6.5负载加氢催化剂的还原

10.6.6硫化

参考文献

第11章 成型操作

11.1概述

11.1.1固体催化剂颗粒的大小和形状分类

11.1.2成型助剂

11.2成型成微小颗粒

11.2.1粉碎研磨法

11.2.2喷雾干燥成型

11.2.3液滴凝结成型或油中成型

11.3成型成较大颗粒

11.3.1压片

11.3.2模压产品

11.3.3挤条和湿压成型

11.3.4滚球（圆盘造粒）

11.4挤压成型整体蜂窝独居石载体

11.4.1引言

11.4.2蜂窝独居石适用作载体的要求

11.4.3挤压技术生产陶瓷蜂窝独居石

11.4.4低比表面积独居石的制造

11.4.5高比表面积独居石制造

11.4.6整体碳蜂窝独居石

参考文献

附录若干固体催化剂制备单元操作框图

图F.1载体和催化剂制备单元操作框图

图F.2催化剂和载体溶胶.凝胶制备单元操作框图

图F.3负载催化剂制备（浸渍）单元操作框图

图F.4分子筛催化剂制备单元操作框图

图F.5粉状金属催化剂制备单元操作框图

图F.6多组分氧化催化剂制备单元操作框图

图F.7贵金属加氢催化剂（湿的）制备单元操作框图

图F.8甲醇氧化制甲醛催化剂制备单元操作框图

图F.9高温水蒸气变换催化剂制备单元操作框图

催化剂是催化过程的核心，而催化剂制备则是获得高效催化剂的关键。《固体催化剂制备原理与技术》对固体催化剂制备的科学原理和物理化学基础以及技术进行了梳理和归纳，目的是使催化剂制备能够向科学化、系统化前进一步。对本体催化剂和载体的制备原理以金属离子在水溶剂中的行为以及它们之间不同的相互作用为中心，分别在金属氧化物类、沸石分子筛类和其他类本体催化剂和载体制备章节中系统论述；而对负载催化剂的制备则以活性物种前身物与载体表面的各类相互作用为主线，详细讨论催化活性物种前身物在固体表面的富集、在结构表面的沉积和薄膜催化剂制备。最后讨论固体催化剂制备的一些共同性技术，即制备单元操作，包括基本单元操作、通用单元操作、活化单元操作和成型单元操作。

《固体催化剂制备原理与技术》可作为高等学校化学化工、材料能源及相关专业高年级本科生、研究生和教师的重要参考书以及教材，更是从事燃料、化学化工产品生产、新产品及催化剂研发和设计的广大科技人员、工程师和管理人员的重要参考书。